[發明專利]一種在水性溶液中制備剝離型層狀材料/碳納米管復合物的方法

有效

• 申請號: 201110343996.2
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102502519A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 杜淼;傅華康;鄭強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B13/14
• 分類號: C01B13/14;C01G51/04;C01G53/04;C01F7/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種層狀材料/碳納米管復合材料的制備方法，具體涉及一種在水性溶液中制備剝離型層狀材料/碳納米管復合物的制備方法，屬于無機材料制備及改性領域。

背景技術

層狀雙金屬氫氧化物(Layered?Double?Hydroxides，簡寫為LDH)是一種與蒙脫土類似的陰離子型層狀無機材料，由二價金屬、三價金屬及羥基(OH^-)組成的層板帶正電荷，層間具有可交換的陰離子，層間的陰離子與層間水分子或層板上的羥基以氫鍵的方式相結合，這一獨特的層狀結構使LDH在阻燃、選擇性紅外吸收、紫外阻隔等方面顯示出優良的性能，具有極為廣闊的應用前景。由于LDH的層板電荷密度極高，導致層板團聚嚴重，難以剝離，使LDH的應用受到了極大的限制。目前有關LDH剝離結構的研究主要集中在通過離子交換或者煅燒還原的方法將各種有機或無機陰離子如脂肪酸、氨基酸、硝酸根等引入LDH的層間，增大層間距，減小層板之間的作用力，最后在較強的外力作用下得到剝離的片層，其中報道較多的是先將LDH層間的碳酸根離子(CO₃^2-，尿素分解或空氣中的CO₂得到)置換為硝酸根離子(NO₃^-)，然后在甲酰胺中長時間攪拌得到剝離的片層。

碳納米管(Carbon?Nanotube，簡寫為CNT)自1991年問世以來，就以其獨特的結構和包括力學、電學、磁學、電化學及吸附性能在內的多種優異性能，成為世界范圍內的研究熱點之一，在納米器件、聚合物復合材料、催化劑載體等方面的應用十分廣泛。而關于二維的LDH與一維的CNT兩種材料之間的復合，近幾年來逐漸受到人們的關注。LDH/CNT復合物最大程度汲取了LDH與CNT兩種填料的優勢，既能作為水溶性高分子的有效增強劑，在水性溶液中以極少的添加量大幅度提高基體的力學、導電與阻隔性能，同時基于表面活性劑長鏈對高分子鏈的親和性，又能通過熔融共混較好地分散于聚合物基體中，作為聚合物的增強型功能填料，提高基體的力學性能、阻隔性能，同時又可賦予基體一定的功能性，如熒光性能、選擇性紅外吸收等。

目前LDH/CNT這種新型復合材料的制備方法主要為原位生長法，即以負載了過渡金屬如鐵、鈷、鎳等的LDH層板為載體，利用化學氣相沉積法(Chemical?Vapor?Deposition，簡寫為CVD)在LDH表面原位生長CNT。但由于催化生長CNT的最低溫度為650℃，此時LDH的結構被破壞發生晶型轉變，而且在高溫下LDH的層間結合水與結構水完全丟失，致使LDH層間塌陷，加劇了粒子的團聚，以至很難再被剝離。

Huang?Shu等人(J.Phys.Chem.B，2010，114，16766-16772.)在較溫和的條件下成功地在甲酰胺中制備了剝離型LDH/CNT復合材料，但是此方法需用到大量的有毒溶劑，對環境污染大，而且實驗過程耗時久。

發明內容

本發明提供了一種在水性溶液中制備剝離型層狀材料/碳納米管復合物的方法，簡單易行、耗時短、無需有毒溶劑，而且無需在高溫下進行，成本低。

一種在水性溶液中制備剝離型層狀材料/碳納米管復合物的方法，包括以下步驟：

(1)將可溶性二價金屬鹽、可溶性三價金屬鹽、堿性物質和碳納米管溶解在去離子水中，得反應液，攪拌，抽濾，干燥后得到預產物——未剝離LDH/CNT復合物；

所述的反應液中，可溶性二價金屬鹽和可溶性三價金屬鹽的總濃度為5～100mmol/L，可溶性二價金屬鹽與可溶性三價金屬鹽的摩爾比為1～6∶1，堿性物質的濃度為5～300mmol/L，碳納米管的濃度為0.15～3.5mg/ml；

(2)將步驟(1)中得到的預產物加入酸與鈉鹽混合溶液中，攪拌，抽濾，干燥，然后再將得到的產物加入到陰離子型表面活性劑水溶液中并攪拌，得到均勻的黑色懸浮液，經抽濾、干燥后得到黑色固體；

(3)將步驟(2)中得到的黑色固體分散于溶劑中，經超聲處理后，得到剝離型層狀材料/碳納米管復合物的懸浮液。