一种聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管的制备方法

文档序号:4955766阅读:517来源:国知局
专利名称:一种聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域,具体涉及一种固体酸催化剂-聚对苯乙烯磺酸接 枝改性碳纳米管的制备方法。
背景技术
碳纳米管具有高的比表面积,良好的力学性能,超轻以及很好的化学热力学稳定 性,这些性质使碳纳米管被广泛用于药物载体、催化剂、生物传感器等研究中。目前,一系列 的金属纳米粒子包括钼、金、银和钌都成功地负载到了碳纳米管上,由于碳纳米管超高的比 表面积和优越的电性能使负载有金属纳米粒子的碳纳米管很传统金属催化剂相比具有更 好的催化活性和选择性。碳纳米管在催化剂中的应用仍局限于碳纳米管和金属纳米粒子的复合材料,但未 见将碳纳米管复合材料作为固体酸催化剂的应用报道。传统的固体酸催化剂有沸石、杂多 酸和全氟磺酸树脂等,这些固体酸催化剂的机械性能差,热稳定性差,催化活性位点少,使 它们的应用十分有限。新型固体酸催化剂的研究仍面临许多挑战。本发明中利用原位聚合反应以及酸回流成功地将聚对苯乙烯磺酸接枝到了碳纳 米管上,得到的聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管具有很好的分散性,在月桂酸与甲醇的酯 化反应(制备生物燃料的一个典型反应)中表现出优异的酸催化活性,通过过滤的方法就 能简单的分离产物,而且重复使用聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管仍具有很高的催化活 性。

发明内容
本发明的目的在于提供一种固体酸催化剂_聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管 的制备方法。本发明方法首先通过对苯乙烯磺酸钠的聚合反应,在碳纳米管表面接枝改性聚对 苯乙烯磺酸钠,然后经过酸回流得到聚对苯乙烯磺酸接枝改性的碳纳米管。具体步骤如 下将碳纳米管超声分散在对苯乙烯磺酸钠水溶液中,通氮气除氧20 40分钟后加 入引发剂,在60 80°C反应3 4小时;反应结束后,用微孔滤膜过滤分离,得到聚对苯乙 烯磺酸钠接枝改性的碳纳米管,将产物在酸性环境下回流12 24小时,冷却至室温后,用 微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸接枝改性的碳纳米管。本发明中,所用的碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管或双壁碳纳米管;所 用的聚合单体为对苯乙烯磺酸钠或其衍生物,或烯丙基磺酸钠等α-烯基磺酸钠衍生物; 所用的引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑 啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉等,酸回流条件为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸 或醋酸,或混酸等。本发明方法简单,原料易得,制备量大,所制得的聚对苯乙烯磺酸改性碳纳米管分散性好,酸催化活性高,易回收,重复使用仍具有高活性。目前国内外研发的固体酸催化剂如沸石、杂多酸和全氟磺酸树脂机械性能差, 热稳定性差,催化活性位点少,应用十分有限法,相比较而言,本发明制备的固体酸催化 剂-聚对苯乙烯磺酸改性碳纳米管,分散性好,酸催化活性高,易回收,重复使用仍具有高 活性。
具体实施例方式实施例1 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以过硫酸钾为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室 温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米管,将产物在 盐酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至 中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例2 :50mg单壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有4. Og对苯乙烯磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以过硫酸钾为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室 温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米管,将产物在 稀硫酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤 至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例3 =IOOmg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠 的水溶液中,在无氧环境下以过硫酸铵为催化剂加热至WV反应3h,85 °C反应lh,冷却至 室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米管,将产物 在稀磷酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗 涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例4 :50mg单壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以过硫酸钾为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室 温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米管,将产物在 盐酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至 中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例5 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有3. Og烯丙基磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以过硫酸铵为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室 温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚烯丙基磺酸钠改性的碳纳米管,将产物在盐 酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至中 性,得到聚烯丙基磺酸改性的碳纳米管。实施例6 IOOmg单壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og烯丙基磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以过硫酸钾为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室 温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚烯丙基磺酸钠改性的碳纳米管,将产物在盐 酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至中 性,得到聚烯丙基磺酸改性的碳纳米管。实施例7 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠的水溶液中,在无氧环境下以偶氮二异丁脒盐酸盐为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应lh,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米 管,将产物在盐酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去 离子水洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例8 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠 的水溶液中,在无氧环境下以偶氮二异丙基咪唑啉为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应 Ih,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米 管,将产物在盐酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去 离子水洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例9 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠的 水溶液中,在无氧环境下以偶氮二氰基戊酸为催化剂加热至70°C反应3h,85°C反应2h,冷 却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳纳米管,将 产物在硫酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并用去离子水 洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。实施例10 :50mg多壁碳纳米管粉末超声分散在IOOmL含有2. Og对苯乙烯磺酸钠 的水溶液中,在无氧环境下以偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐为催化剂加热至70°C反应3h,85°C 反应lh,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤分离得聚对苯乙烯磺酸钠改性的碳 纳米管,将产物在盐酸条件下回流过夜,冷却至室温用0. 45 μ m混合纤维微孔滤膜过滤并 用去离子水洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸改性的碳纳米管。
权利要求
一种固体酸催化剂-聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管的制备方法,其特征在于具体步骤如下将碳纳米管超声分散在对苯乙烯磺酸钠水溶液中,通氮气除氧20~40分钟后加入引发剂,在60~80℃反应3~4小时;反应结束后,用微孔滤膜过滤分离,得到聚对苯乙烯磺酸钠接枝改性的碳纳米管,将产物在酸性环境下回流12~24小时,冷却至室温后,用微孔滤膜过滤并用去离子水洗涤至中性,得到聚对苯乙烯磺酸接枝改性的碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种固体酸催化剂——聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管 的制备方法,其特征是所用的碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管或双壁碳纳米管; 所用的聚合单体为对苯乙烯磺酸钠或其衍生物,或烯丙基磺酸钠;所用的引发剂为水溶性 引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基 戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉,酸回流条件为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸或醋酸,或混酸。
全文摘要
本发明属于无机材料技术领域,具体为一种固体酸催化剂-聚对苯乙烯磺酸接枝改性碳纳米管的制备方法。首先,通过对苯乙烯磺酸钠的聚合反应,在碳纳米管表面接枝改性聚对苯乙烯磺酸钠,然后经过酸回流得到聚对苯乙烯磺酸接枝改性的碳纳米管。本发明方法简单,原料易得,可以控制碳纳米管表面聚对苯乙烯磺酸的接枝量。所制得的聚对苯乙烯磺酸接枝改性的碳纳米管在极性溶剂中分散性好,可用作固体酸催化剂,酸催化选择性和活性高,易回收,具有优秀的循环使用性能。
文档编号B01J31/06GK101823000SQ20101013756
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者唐倩倩, 张晓环, 张晓鸿, 杨东, 王蓓娣, 胡建华, 袁丽 申请人:复旦大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1