[發明專利]一種低純度單壁碳納米管的提純方法

無效

• 申請號: 201110428517.7
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102515142A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張亞非;蘇言杰;張麗玲;魏浩;楊志
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于碳納米管工藝技術領域，尤其是涉及一種低純度單壁碳納米管的提純方法。

背景技術

碳納米管(Carbon?Nanotubes，CNTs)是由二維石墨烯片彎曲形成的一種新型中空管狀納米結構，是除石墨、金剛石、富勒烯外碳的第四種重要的同素異形體。多壁碳納米管(Multi-walled?carbon?nanotubes，MWNTs)是由飯島澄男教授(Iijima)于1991年在電弧放電陰極沉積物中首次發現的，尤其是兩年后單壁碳納米管(Single-walled?carbon?nanotubes，SWNTs)的發現引起了包括物理、化學和材料科學等諸多領域的廣泛關注。

直流電弧放電法是一種高質量SWNTs的高效制備技術，所制備的SWNTs具有結晶度高、缺陷少、電子遷移率高等優點，但該制備技術也明顯的缺點，也即所制備的SWNTs純度不高，產物中存在較多的無定形碳、石墨粒子、催化劑以及包裹有催化劑粒子的碳顆粒等等雜質。因此對SWNTs產物進行提純處理是將SWNTs廣泛應用的前提步驟。目前常見的碳管提純法可分為三大類：1.化學法：包括氣相法(空氣、Cl₂處理)，液相法(HNO₃，H₂O₂，混酸、KMnO₄等處理)等；2.物理法：包括過濾、離心分離、高溫煅燒、色譜分析法等；3.綜合法：過濾-氧化-超聲-離心分離結合，過濾/磁過濾-氧化-煅燒結合等方法。這些方法雖然可以得到純度較高的SWNTs，但存在SWNTS結構破壞嚴重、提純效率低、提純周期長等缺點。尤其是在提純度SWNTs方面，使用現有提純技術很難實現SWNTs有效地提純。因此，針對低純度SWNTs的提純，需要開發一種切實可行的提純工藝，既能夠得到高純度的SWNTs，又要避免SWNTS本身結構遭到嚴重破壞。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種對SWNTs結構破壞較小的低純度單壁碳納米管的提純方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種低純度單壁碳納米管的提純方法，包括以下步驟：

(1)將低純度單壁碳納米管經空氣氧化處理后與表面活性劑混合超聲分散，一方面去除制備過程中所產生的無定形碳；另一方面將催化劑氧化形成其氧化物，增加催化劑粒子質量；

(2)對分散均勻的單壁碳納米管溶液分別進行低速、超聲分散-高速離心分離，分別去除包括催化劑氧化物、大石墨粒子等雜質以及小石墨粒子等雜質；

(3)將高速離心后的上清液壓濾后與雙氧水混合并加熱回流；

(4)將單壁碳納米管溶液抽濾至中性、干燥即得到純單壁碳納米管。

步驟(1)中所述的空氣氧化處理為將含有單壁碳納米管的電弧放電產物放入空氣爐中，在360～450℃下氧化處理30～60min。

步驟(1)中所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)或市售的曲拉通X-100。

步驟(1)中所述的超聲分散處理為在功率為3W/mL條件下超聲分散30～60min。

步驟(1)中所述的低純度單壁碳納米管在表面活性劑的含量為1～2wt％。

步驟(2)中所述的低速離心分離為6000～9000rpm離心分離30～60min。

步驟(2)中所述的超聲分散-高速離心分離為先對低速離心后的上清液超聲分散10～20min，然后再進行12000～14000rpm離心分離30～60min。

步驟(3)中所述的上清液壓濾后與雙氧水混合后在100℃回流4～8h。

與現有技術相比，本發明在提純過程中無需利用鹽酸去除催化劑而造成廢液污染，而是利用催化劑氧化后增重更有利于離心分離，最終將其去除。其次，由于提純過程中以離心分離為主，輔助弱氧化劑(H₂O₂)氧化，因此提純過程對SWNTs的結構破壞較小。

附圖說明

圖1為本發明的純工藝流程圖；

圖2為實施例1中提純前單壁碳納米管的掃描電鏡圖片；

圖3為實施例1中提純后單壁碳納米管的掃描電鏡圖片；

圖4為實施例1中提純前單壁碳納米管的透射電鏡圖片；

圖5為實施例1中提純后單壁碳納米管的透射電鏡圖片；

圖6為實施例1中離心時所得到單壁碳納米管的掃描電鏡圖片；