专利名称：碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米材料加工与应用技术领域，具体是碳纳米管负载磁性四 氧化三铁纳米粒子的制备方法。
背景技术：
碳纳米管(CNT)是具有特殊电、磁、光性能的最具代表性的纳米材料，其 优异的物理、化学和机械性能得到了全球科学家和研究人员的广泛关注并进行 了大量的研究。碳纳米管具有特殊的管状结构，具有较大的比表面积，可以在 其管内部和外部沉积具有特定功能的材料，常见的如催化剂、电化学能源转换、 传感器等，这使碳纳米管的应用得到了进一步的拓展，因此，这方面的研究也 一直是人们竞相研究的热点，比如，近年在国内申请的CN 1481932A、 CN 1424149A、CN 1806914A以及CN 1778470A等专利内容都是关于这方面的研究。
从近些年的文献报道看，在碳纳米管进行沉积所用的方法主要有化学镀法、 化学沉淀法，浸渍-热解法等，其中浸渍-热解法相比前两种具有成本低廉、工艺 简单的优点，因此被广泛应用，但是这种方法现实中存在的主要问题是负载量 较低、沉积层与碳纳米管的结合力较弱，容易在实际应用的过程中与碳纳米管 发生脱离，比如在超声分散、高速搅拌等加工条件下，因此不能发挥预期的效 果，这是一个严重的问题，这一问题同样也普遍存在前两种方法中。
纳米四氧化三铁由于具有特殊的物理性能和化学稳定性，是一种被广泛应 用的纳米功能材料之一，它具有优异的磁性，被广泛用做磁记录材料以及磁性 靶向材料；同时它也具有优异的催化活性，在化工领域是一种重要的催化剂， 同时更被认为在化学传感器，超级电容器电极材料领域有很大的应用潜力；另 外它也是被广泛应用的吸波材料之一。
用碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子是一种很有应用潜力的功能复合 材料，利用浸渍一热解法制备优异的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子必 须要解决以下两个问题(1)如何提高负载量；(2)如何提高四氧化三铁与碳 纳米管之间的结合力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、沉积粒子与碳纳米管之 间结合力强、负载量高、适用于工业化生产的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳 米粒子的制备方法。
本发明碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法，是利用一种水 溶性高分子，采用硝酸盐热解法在碳纳米管上沉积磁性四氧化三铁纳米粒子， 其工艺包括如下步骤
1、 在硝酸高铁溶液中加入碳纳米管，搅拌、超声波振荡处理；
2、 在第一步得到的混合液中加入一种水溶性高分子的水溶液，搅拌、超声波振荡处理；
3、 将第二步得到的混合液静置2小时到48小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在惰性气氛中，30(TC 80(TC加热10分钟至24小时，
即得到碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子。 所述的硝酸高铁溶液摩尔浓度为2 0.1moI/L。
所述的碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。
所述水溶性高分子的水溶液为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚 乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基纤维素中的任何 一种，质量百分比浓度为10 0.1%。
所述的水溶剂为去离子水或蒸馏水中的任何一种。
所述的惰性气体为氮气或氩气中的任何一种。
利用本发明方法制备的碳纳米管负载磁性四氧化三铁粒子，其电子扫描电 镜(SEM)显示，在碳纳米管上较均匀地沉积了四氧化三铁粒子，其平均粒径 在15nm左右，四氧化三铁纳米粒子通过水溶性高分子的烧蚀层和碳纳米管有较 强的结合力，在超声分散以及高速搅拌过程中都不会和碳纳米管发生脱离。其 差热扫描量热(DSC)测试显示，使用水溶性高分子可以显著提高对磁性四氧 化三铁的负载量。其X射线衍射曲线(XRD)显示，制备的碳纳米管负载磁性 四氧化三铁粒子的纯度较高。
本发明的优点在于
本发明所得碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子负载量高、结构稳定、 均匀、分散性好，且与碳纳米管之间有较强的结合力。本发明制备工艺具有高 效、环保、工艺简单的优点，这种碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子可以 广泛应用于磁性靶向材料、各种催化剂，电磁屏蔽吸波材料、超级电容器电极 材料等方面以及其他相关的功能材料领域。
图1为碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子SEM照片，制样时经过超声 分散和高速搅拌。
图2为步骤4所述的固体粉末的DSC分析曲线，所标峰1为固体粉末中浸 渍的硝酸铁的分解峰，峰2为水溶性高分子的分解。
图3为碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的XRD曲线。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明
实施例1
1、 在100毫升浓度为2.0mol/L硝酸高铁溶液中加入10克多壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入20克质量百分比为10%的聚丙烯酰胺水 溶液，搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置8小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气氛中，400℃加热30分钟。
实施例2
1、 在100毫升浓度为1.Omol/L硝酸高铁溶液中加入10克多壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入10克质量百分比为4%的聚丙烯酸水溶液， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置10小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、把上述固体粉末在氮气气体中，30(TC加热1小时。
实施例3
1、 在100毫升浓度为l.Omol/L硝酸高铁溶液中加入10克多壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入50克质量百分比为5%的聚甲基丙烯酸水 溶液，搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置24小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气氛中，700。C加热10小时。
实施例4
1、 在100毫升浓度为0.5mol/L硝酸高铁溶液中加入10克多壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入30克质量百分比为2%的聚乙烯醇水溶液， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置1小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气氛中，80(TC加热5分钟。
实施例5
1、 在100毫升浓度为1.5mol/L硝酸高铁溶液中加入10克单壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入20克质量百分比为7%的聚乙二醇水溶液， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置24小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气氛中，55(TC加热24小时。
实施例6
1、在100毫升浓度为1.0mol/L硝酸高铁溶液中加入10克单壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入20克质量百分比为8%的聚氧化乙烯水溶 液，搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置12小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气体中，400℃加热12小时。
实施例7
1、 在100毫升浓度为0.1mol/L硝酸高铁溶液中加入10克单壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入50克质量百分比为5%的聚乙烯基吡咯垸 酮水溶液，搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
3、 将第二步得到的混合液静置48小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气体中，300℃加热24小时。
实施例8
1、 在100毫升浓度为0.5mol/L硝酸高铁溶液中加入10克单壁碳纳米管， 搅拌1小时、超声波振荡处理1小时；
2、 在第一步得到的混合液中加入20克质量百分比为10%的羟甲基纤维素 水溶液，搅拌1小时、超声波振荡处理l小时；
3、 将第二步得到的混合液静置48小时；
4、 将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；
5、 把上述固体粉末在氮气气体中，600℃加热30分钟。
权利要求
1.一种碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1)、在硝酸高铁溶液中加入碳纳米管，搅拌、超声波振荡处理；(2)、在(1)得到的混合液中加入一种水溶性高分子的水溶液，搅拌、超声波振荡处理；(3)、将(2)得到的混合液静置2小时到48小时；(4)、将上述混和溶液过滤、烘干、研磨得到固体粉末；(5)、把上述固体粉末在惰性气体中，300℃～800℃加热10分钟至24小时，即得到碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子。
2. 如权利要求1所述的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法， 其特征在于步骤(1)所述的硝酸高铁溶液摩尔浓度为2 0.1mol/L。
3. 如权利要求1所述的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法， 其特征在于步骤(1)骤所述的碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。
4. 如权利要求1所述的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法， 其特征在于步骤(2)所述水溶性高分子为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙 烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮中的任何一种， 质量百分比浓度为10 0.1。％。
5. 如权利要求1所述的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法， 其特征在于步骤(2)所述的水溶剂为去离子水或蒸馏水中的任何一种。
6. 如权利要求1所述的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的惰性气体为氮气或氩气中的任何一种。
7. 权利要求l-6所述制备方法制备的碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子。
全文摘要
本发明公开了一种碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法。其特征是将碳纳米管加入到硝酸高铁溶液中，搅拌，超声波振荡处理，然后再添加某种水溶性高分子水溶液，搅拌，继续超声波振荡处理，过滤，干燥，研磨，最后在一定温度下于惰性气氛中锻烧一定时间，进一步研磨处理后得到碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子。这种制备方法高效、成本低廉、工艺简单，适于工业化生产。所得碳纳米管负载磁性四氧化三铁纳米粒子负载量高、结构稳定、均匀、分散性好，且与碳纳米管之间有较强的结合力。可广泛应用于磁性靶向材料、各种催化剂，电磁屏蔽吸波材料、超级电容器电极材料及其他相关的功能材料领域。
文档编号C01B31/02GK101200290SQ20071004952
公开日2008年6月18日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者周秀娟, 唐明明, 炎 罗, 伟 逯, 郑海军, 马传国 申请人:桂林电子科技大学