[發明專利]一種吸附超純氨中金屬離子的碳納米管/LDHs復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810000927.3
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN107961763A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 畢冠瑋
• 申請（專利權）人: 煙臺智本知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/08;B01J20/30;B01D53/02;C01C1/02
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙)37234
• 代理人: 齊素立

技術領域

本申請是針對申請號為201610195223.7，申請日為2016年3月31日，名稱為“一種吸附超純氨中金屬離子的碳納米管/LDHs復合材料的制備方法”的發明專利申請的分案申請。

本發明涉及一種復合材料的制備方法，尤其涉及一種碳納米管與LDHs復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

近年來，我國的LED技術及相關產業得到了迅猛發展，隨著LED等光電子產業的發展，市場對電子氣體的純度提出了更高要求，所以極大推動了上游關鍵配套材料超純氨的提純研究。

7N電子級超純氨是一種非常重要的新型光電子材料，也是MOCVD技術制備GaN的重要基礎材料，LED生產中用到的氮化鎵是半導體材料，所以在生產過程中，需要對原料中的金屬離子進行嚴格控制，但是，目前國內外對超純氨中金屬離子的純化工藝，主要是利用氨氣的理化性質采用多步逐級純化，包括汽化、冷凝、吸附、精餾、終端純化、冷凍等技術提純氨氣，這些氨的純化工藝通常對水分和H₂、O₂、N₂、CH₄、CO等輕組分雜質有較好的效果，而對金屬離子去除的效果不理想。

碳納米管具有獨特的結構和奇異的性質，自碳納米管被首次發現以來，其性能和應用都得到廣泛的研究，碳納米管是由類似石墨的六邊形網格所卷曲而成的中空和兩端封閉的多層管狀物，碳納米管直徑在幾納米到幾十納米之間，長度可達數微米，其層片間距一般為0.34nm，由于其具有極大的比表面積和化學穩定性，以及獨特的電子結構、孔腔結構和吸附性能，優良的電子傳導性，特殊的孔腔空間立體選擇性，導致其對于反應物種和反應產物具有特殊的吸附性能，碳納米管可以通過靜電吸引、吸附沉淀以及金屬離子與碳納米管的表面官能團的化學作用來吸附金屬離子，但是碳納米管不能直接放置于超純氨中，這樣雖然能夠去除金屬離子，但在去除后碳納米管就不能和超純氨分離，會對超純氨造成新的污染，所以碳納米管要附著在其他材料上進行工作。

層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)是一類陰離子層狀化合物，又稱水滑石，LDHs是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的，具有可嵌入陰離子的結構，LDHs的結構如夾心面包狀，兩邊由二價和三價的金屬離子正電荷片組成，中間是陰離子和水分子，LDHs的主體層板和層間客體的組成和結構的特殊性，賦予了LDHs眾多特殊的性能，LDHs層間的陰離子可與具有各種特殊功能的陰離子進行交換，從而合成具有不同性能的插層結構材料。

發明內容

本發明針對現有超純氨中金屬離子吸附技術存在的不足，提供一種吸附超純氨中金屬離子的碳納米管/LDHs復合材料的制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種吸附超純氨中金屬離子的碳納米管/LDHs復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)LDHs的制備：將可溶性的鎂鹽和鋁鹽置于去離子水中溶解配制成總濃度為0.5mol/L的溶液A，Mg:Al＝1:2，在不斷攪拌條件下將堿溶液B逐滴加入溶液A中，在此過程中保持溶液pH值9～10，堿溶液B滴加完畢后繼續攪拌陳化3～5小時，過濾，反復洗滌至中性，將所得產品置于80～100℃的烘箱中6～10小時制成溶膠；

2)碳納米管的酸化：向碳納米管中加入氧化性酸的水溶液，110～130℃條件下回流2～5小時，離心分離，用清水洗滌至中性，得到酸化的碳納米管；

3)制備帶負電荷的碳納米管：將步驟2)中所得的酸化的碳納米管加入到陰離子聚電解質或陰離子表面活性劑的水溶液中，超聲波處理1～3小時，之后于50～70℃水浴中攪拌條件下反應4～10小時，所述陰離子聚電解質或陰離子表面活性劑的水溶液濃度為1～10g/L，所述碳納米管與陰離子聚電解質或陰離子表面活性劑的重量比為1：(0.01～0.1)，反應完后離心分離去除未反應的陰離子聚電解質或陰離子表面活性劑，得到表面帶有負電荷的碳納米管；

4)制備碳納米管/LDHs復合物：將步驟3)中所得的碳納米管加入到步驟1)所得的溶膠中，碳納米管與溶膠的重量比為1：(20～30)，后將二者的混合物置于50～70℃水浴中攪拌條件下進行離子交換反應，反應時間6～8小時，反應完畢后抽濾洗滌，干燥，得到碳納米管/LDHs復合物。

進一步，步驟1)中所述鋁鹽和鎂鹽為硝酸鋁和硝酸鎂，所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。

進一步，步驟2)中所述氧化性酸是指硝酸、硫酸、高錳酸、次氯酸中的一種或幾種的混合物。