[發(fā)明專利]一種氧化多壁碳納米管的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610035514.X
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105668544B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張超智;李婷;顧承越;牛孟霄;蘇艷曉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;B82Y40/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳基材料氧化技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種氧化多壁碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)

自從90年代初Iijima等發(fā)現(xiàn)具有納米尺寸的多壁碳納米管(MWNTs)以來，多壁碳納米管受到眾多國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。多壁碳納米管具有獨(dú)特的中空管狀結(jié)構(gòu)，具有大的比表面積和高的化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，使其在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，例如：場發(fā)射體、儲氫材料、為電子元件、催化劑載體等。

原始狀態(tài)下的多壁碳納米管是碳原子組成的大分子，一般不溶于任何溶劑，并且在溶液中容易凝集成團(tuán)，妨礙了對其進(jìn)行分子水平研究及操作，大大限制了多壁碳納米管在各方面的應(yīng)用。特別是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)方面，需要多壁碳納米管能夠長時間存在于水溶液中。所以，能有效氧化多壁碳納米管(O-MWNTs)是非常必要的。目前氧化多壁碳納米管采用硝酸氧化法、混合酸氧化法和混合酸與過氧化氫共同氧化法。但是這些方法增加的含有官能團(tuán)很少，并且強(qiáng)酸使用比例大，氧化的樣品在水溶液中不能長久保持分散性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服碳納米管在應(yīng)用上的局限性，利用混合酸(濃硝酸、濃硫酸)和高錳酸鉀方法氧化多壁碳納米管，使氧化后的多壁碳納米管含有大量的羧基、羥基等含氧官能團(tuán)，提供一種氧化多壁碳納米管的制備方法。

實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：

本發(fā)明提供了一種氧化多壁碳納米管的制備方法。具體的技術(shù)方案如下：

(1)將濃硝酸與濃硫酸在冰水浴中攪拌得到混合酸，溫度控制在5-10℃；

(2)取壁碳納米管加入其中，攪拌，溫度控制在5-10℃；

(3)逐步緩慢分批次加入高錳酸鉀，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10℃左右反應(yīng)；

(4)把冰水放掉加熱至50℃，反應(yīng)共計10-20小時；

(5)反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴加水稀釋，溶液溫度在40℃以下；

(6)加入雙氧水至溶液里，并靜置，倒掉上清液；

(7)用5％HCl和純水對樣品洗滌，去掉金屬離子，所制備的多壁碳納米管氧化物在溫度為100℃下干燥后保存。

進(jìn)一步，步驟(1)中濃硝酸與濃硫酸的體積比為1:2。

進(jìn)一步，步驟(3)中分6次添加高錳酸鉀，反應(yīng)時間為3-4小時。

進(jìn)一步，步驟(6)中雙氧水質(zhì)量濃度為30％，靜置24小時。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)采用濃硝酸和濃硫酸體積比為1:2和6g高錳酸鉀，并且高錳酸鉀分6次添加，反應(yīng)3小時，使得氧化反應(yīng)更充分。制備后的氧化MWNTs經(jīng)測試后，紅外光譜圖和元素分析都說明了樣品被充分氧化，產(chǎn)生了大量的含氧官能團(tuán)，例如羧基、羥基、環(huán)氧等。本方法中使用了混合酸(濃硝酸、濃硫酸)和高錳酸鉀方法氧化制備氧化的多壁碳納米管，可產(chǎn)生更多的含氧官能團(tuán)，例如羧基、羥基等。克服原始碳納米管不溶于水的缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)例1氧化多壁碳納米管的紅外光譜圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)例3氧化多壁碳納米管溶液。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種以多壁碳納米管為原料，混酸(硫酸和硝酸)作溶劑，高錳酸鹽作氧化劑制備的氧化多壁碳納米管。

以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明：

實(shí)施例1：

首先向四頸瓶中加入30mL濃硝酸，再加入60mL的濃硫酸，在冰水浴中機(jī)械攪拌15分鐘得到混合酸，溫度為5-10℃。取1.0g的多壁碳納米管加入其中，攪拌10分鐘，溫度在5-10℃；逐步緩慢加入6g高錳酸鉀，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10℃以下共反應(yīng)時間為3小時；水放掉加熱至50℃反應(yīng)共計15小時；反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴加100mL水稀釋。將樣品溶液再倒入燒杯稀釋到300mL，溶液溫度在40℃以下；加入5mL的30％雙氧水至溶液里，并靜置24小時，倒掉上清液；用適量的5％HCl和純水對樣品洗滌。將金屬離子洗去，所制備的多壁碳納米管氧化物在100℃下干燥后，稱重1.2g。取干燥后的樣品進(jìn)行紅外表征。