[發明專利]功能化碳納米纖維的制備方法及功能化碳納米纖維膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210134933.0
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102677464A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 俞書宏;陳平;梁海偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: D06M13/11
• 分類號: D06M13/11;D06M15/03;B01D71/08;B01D71/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/10;D06M101/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明屬于碳納米纖維技術領域，尤其涉及一種功能化碳納米纖維的制備方法及功能化碳納米纖維膜的制備方法。

背景技術

碳納米纖維是由多層石墨片卷曲而成的纖維狀納米炭材料，是介于碳納米管和普通碳纖維之間的一種碳材料，具有較高的結晶取向度、較好的導電和導熱性能。碳納米纖維除了具有低密度、高比模量、高比強度、高導電、熱穩定性優良等特點外，還具有缺陷數量少、長徑比大、比表面積大、結構致密等優點，廣泛應用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫療、紡織等領域。

現有技術公開了多種碳納米纖維的制備方法，較為常用的有化學氣相沉積法、靜電紡絲法、固相合成法和水熱碳化法等。其中，化學氣相沉積法是以低廉的烴類化合物為原料，在一定的溫度下使烴類化合物在金屬催化劑上進行熱分解來合成碳納米纖維的方法；靜電紡絲法是采用固相碳源在靜電場作用下紡絲得到的碳納米纖維；固相合成法是以固相碳源為原料制備碳納米纖維的方法；水熱碳化法是采用模板作為指引合成碳納米纖維的方法，如申請號為201110077604.2的中國專利文獻首先將碲納米線與葡萄糖在水溶液中混合，進行碳化反應后得到碳包覆碲納米電纜；然后向所述碳包覆碲納米電纜中加入鹽酸和雙氧水，進行氧化反應后得到碳納米纖維。采用該方法制備得到的碳納米纖維長度可達數百微米，直徑可達120-140nm，柔韌性好，且表面有大量羥基等官能團，可組裝成碳納米纖維膜用于膜分離技術。

環糊精(Cyclodextrin，簡稱CD)是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環狀低聚糖的總稱，通常含有6~12個D-吡喃葡萄糖單元。環糊精分子呈錐形筒狀結構，外部分布著很多化學反應性的羥基，具有親水性；內部為疏水性空腔，從而使其具有很好的包絡性能，可以包合不同的分子或離子，形成穩定的包合物。因此，環糊精及其衍生物已經在醫藥、食品、化妝品、衛生用品、新型材料等很多領域都有廣泛的應用，如用來增加藥物溶解度和溶出度，提高藥物穩定性，防止藥物揮發損失，用來吸附有機污染物來得到清潔水等。本發明人考慮，可以在碳納米纖維中引入環糊精分子，從而得到可以用于污水處理、手性藥物分離、藥物控制釋放等的功能化碳納米纖維。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種功能化碳納米纖維的制備方法及功能化碳納米纖維膜的制備方法，本發明提供的功能化碳納米纖維膜具有較大的水流通量，對有機分子具有良好的吸附作用。

本發明提供了一種功能化碳納米纖維的制備方法，包括以下步驟：

a）碳納米纖維與鹵代環氧烷在水中發生反應，得到中間產物；

b）所述中間產物與β-環糊精在水中發生反應，得到功能化碳納米纖維。

優選的，所述碳納米纖維按照以下方法制備：

將碲納米線與葡萄糖在水溶液中混合，進行碳化反應后得到碳包覆碲納米電纜；

向所述碳包覆碲納米電纜中加入鹽酸和雙氧水，進行氧化反應后得到碳納米纖維。

優選的，所述碳納米纖維的直徑為110nm~150nm。

優選的，所述步驟a）具體包括：

a1）將碳納米纖維分散于水中，得到第一分散液；

a2）調節所述第一分散液的pH值至9~11后加入鹵代環氧烷進行反應，得到中間產物。

優選的，所述步驟a2）中，所述反應的溫度為40℃~80℃，所述反應的時間為3h~12h，所述鹵代環氧烷為氯代環氧丙烷或氯代環氧乙烷。

優選的，所述步驟b）具體包括：

b1）將所述中間產物分散于水中，得到第二分散液；

b2）向所述第二分散液中加入β-環糊精，調節pH值至9~11后進行反應，得到功能化碳納米纖維。

優選的，所述步驟b2）中，所述反應的溫度為40℃~80℃，所述反應的時間為3h~12h。

本發明提供了一種功能化碳納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

將上述技術方案所述的功能化碳納米纖維膜分散于溶劑中，成膜處理后得到功能化碳納米纖維膜。

優選的，所述溶劑為水、乙醇或丙酮。

優選的，所述成膜處理具體為抽濾；或者為將得到的分散液涂抹于支撐材料后進行干燥。