[發(fā)明專利]以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管純化方法及由其純化后的碳納米管

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• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109626358A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊斌;黃須啟;袁國輝;何斌;梅佳;劉智良
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱萬鑫石墨谷科技有限公司
• 主分類號: C01B32/17
• 分類號: C01B32/17
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管純化方法及由其純化后的碳納米管，所述純化方法包括：在80～150℃的處理溫度下采用由工業(yè)硝酸和工業(yè)鹽酸組成的混酸溶液處理以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管，獲得純化后的碳納米管。本發(fā)明通過將處理溫度設(shè)置為80～150℃，大大降低了現(xiàn)有純化方法中的加熱溫度，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)中能耗更低、更節(jié)能、操作更安全的要求；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了工業(yè)上的大批量生產(chǎn)，處理能力至少達(dá)幾百公斤，收率在93％以上；該方法對以鈷鋁為主要雜質(zhì)的碳納米管具有較強(qiáng)的針對性，對鈷鋁雜質(zhì)的去除更有效，純化效率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種純化碳納米管的方法，更具體地涉及一種以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管純化方法及由其純化后的碳納米管。

背景技術(shù)

碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械性能，可作為高性能添加劑應(yīng)用于電極材料、涂料、復(fù)合材料等產(chǎn)品中。目前碳納米管的制備工藝主要有石墨電弧法、化學(xué)氣相沉積法、激光蒸發(fā)法、電解法等，工業(yè)中常用化學(xué)氣相沉積法來生產(chǎn)碳納米管。由于化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管時(shí)使用過渡金屬催化劑，導(dǎo)致所制備的碳納米管中含有大量的金屬雜質(zhì)，比如鐵、鎳、鈷、鋁等雜質(zhì)，金屬含量偏高可能導(dǎo)致電池自放電、內(nèi)部微短路，存在一定的安全隱患。因此，有必要提供一種高效便捷的純化工藝來克服上述問題。

由于不同制備方法所得碳納米管的性質(zhì)以及所引入的雜質(zhì)都不相同，其相應(yīng)增加了碳納米管純化研究的難度。目前已經(jīng)提出的碳納米管的純化方法有許多種，這些方法大致可分為物理法、化學(xué)法和綜合法。物理方法主要是根據(jù)碳納米管與雜質(zhì)物理性質(zhì)(如粒度、形狀、比重、電性能等)的不同而進(jìn)行分離；化學(xué)方法主要是根據(jù)碳納米管與其它含碳雜質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性不同，利用氧化劑對碳納米管和碳納米微粒、無定形碳等雜質(zhì)的氧化速率不同而逐步分離；綜合法則是根據(jù)物理法及化學(xué)法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，把二者結(jié)合起來使用的一種方法。

目前常用的是將酸處理與氣相氧化相結(jié)合，其中Hou等針對漂流催化劑CVD法合成的MWNTs提出了一種高效多步的純化方法：超聲震蕩和熱分散處理后在90℃的溴水中浸泡3h，然后將殘留物在520℃下煅燒45min，把所得黑色產(chǎn)物在室溫下放入5mol/L的鹽酸中去除Fe微粒，并用去離子水洗滌所得樣品。再在烤箱中150℃下烘烤12h，最后所得MWNTs的純度>94％，產(chǎn)率可達(dá)50％。該純化方法所得產(chǎn)率主要由氧化時(shí)間及溫度決定(文獻(xiàn)P X Hou,SBai,QHYangetal.Carbon,2002,40:81～85)。

CN106794991A中公開了一種碳納米管純化方法，其包括：在真空或惰性氣體氛圍中，在第一溫度下使碳納米管中的殘留金屬與含氯化合物反應(yīng)，從而使所述的殘留金屬氯化的步驟；及在高于所述第一溫度的第二溫度下，蒸發(fā)及去除氯化的殘留金屬的步驟；其中，第一溫度選自700～1000℃，第二溫度選自800～1500℃；該純化方法消除了碳納米管的物理性損傷及形狀的變性。

盡管上述方法實(shí)現(xiàn)了對碳納米管的有效純化，并且能對雜質(zhì)具有較高的去除率，然而，其還存在以下問題：(1)加熱溫度過高，該溫度下操作存在著很大的危險(xiǎn)性，能耗和成本也高，不適用于工業(yè)化的大批量生產(chǎn)；(2)盡管對碳納米管的純化效率高，然而其處理能力有限，無法實(shí)現(xiàn)百公斤以上的處理規(guī)模，同時(shí)收率偏低，僅能達(dá)到80～85％左右；(3)對碳納米管的純化對象缺乏針對性。

目前，以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管存在著純化難的問題，如何提供一種針對以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管的純化方法，并可實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)化大批量生產(chǎn)并對碳納米管損傷最小化的純化方法，已成為目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種以鈷鋁為主要金屬雜質(zhì)的碳納米管純化方法及由其純化后的碳納米管，所述純化方法是通過在低溫下采用由工業(yè)硝酸和工業(yè)鹽酸組成的混酸溶液進(jìn)行處理，使得該純化后的碳納米管中鈷和鋁的雜質(zhì)含量大幅下降，同時(shí)由于反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于現(xiàn)有純化方法中的加熱溫度，因此滿足了工業(yè)化生產(chǎn)中能耗更低、更節(jié)能、操作更安全的要求；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了工業(yè)上的大批量生產(chǎn)。