一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，包括：将碳纳米管分散在强酸溶液中，超声，得到碳纳米管分散液；将碳纳米管分散液在油浴50?130℃条件下，冷却回流1?6h；将冷却回流得到的溶液冷却后过滤，冲洗滤饼至滤液的pH值为中性，烘干，得到碳纳米管纤维。本发明的方法成本低、制备过程简单；制得的碳纳米管纤维具有一定的可弯曲性以及较好的力学性能和电导率。
【专利说明】
一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法
技术领域
[0001]本发明属于碳纳米管纤维的制备领域，特别涉及一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管(CNT)具有优良的力学、热学、电磁学等性能，在很多领域都具有广阔的应用前景，如组织工程支架、药物释放系统、纳米传感器、超级电容器等，目前成为人们关注和研究的重点之一。已有较多的研究者将CNT作为增强材料与聚合物复合制备复合纳米纤维，且取得了良好的效果。在复合材料工业中使用的碳纤维按传统的方式通过粘弹混合物纺纱的方法来制备。将粘弹聚合物纺丝或通过将加热到粘弹性的碳沥青直接纺丝随后加热碳化来制备。但高温法不能用于碳纳米管，因为其在加热得到粘弹状态以前会降解。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，该方法成本低、制备过程简单;制备得到碳纳米管纤维碳纤维具有一定的可弯曲性以及较好的力学性能和电导率。
[0004]本发明的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，包括:
[0005](I)将碳纳米管分散在强酸溶液中，超声，得到碳纳米管分散液；
[0006](2)将步骤(I)中的碳纳米管分散液在油浴50_130°C条件下，冷却回流l_6h;
[0007](3)将步骤(2)中冷却回流得到的溶液冷却至室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌;之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.1-0.3μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右冲洗滤饼至滤液的PH值为中性，然后将微孔膜和滤饼进行超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0008]所述步骤(I)中强酸溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合液;其中，浓硫酸、浓硝酸和碳纳米管的比例为:15-50mL: 5-30mL: 0.2-1 g。
[0009]所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1。
[0010]所述强酸溶液的配制:首先量取5-30mL硝酸，之后量取15-50mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的容器中，期间不停的搅拌。
[0011]所述步骤(I)中超声的时间为15-30分钟。
[0012]所述步骤(2)中冷却回流在搅拌条件下进行。
[0013]所述步骤(3)中过滤为用砂芯漏斗和微孔膜过滤;其中，微孔膜的孔径为0.1-0.3μmD
[0014]所述步骤(3)中烘干的温度为60_90°C。
[0015]本发明旨在通过提出简单的方法来用碳纳米管制备宏观纤维。
[0016]本发明中由碳纳米管制得的纤维用于使材料增强，特别是复合材料和缆绳。事实上，所述的纤维具有传统碳的特性(耐热性和耐化学品性、石墨层中原子键的强度)，但在扭曲中脆性较低。此外，本发明中的方法使碳纳米管或以分散在溶液中的一般形式的颗粒制备纤维成为可能。
[0017]有益效果
[0018](I)本发明操作步骤简单；
[0019](2)本发明所使用的药品及设备成本低廉，操作简单；
[0020](3)本发明制得的碳纤维由缠绕的纳米管组成；
[0021 ] (4)本发明制得的碳纤维具有一定的可弯曲性；
[0022](5)本发明制备的碳纳米管纤维具有较好的力学性能和电导率。
【附图说明】
[0023]图1为实施例2中纳米管纤维的碳纳米管形态图；
[0024]图2为实施例4中纳米管纤维的碳纳米管长度测量图片；
[0025]图3为实施例4中纳米管纤维的SEM图；
[0026]图4为实施例5中纳米管纤维弯曲的图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0028]实施例1
[0029](I)首先量取1mL硝酸，之后量取30mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的烧瓶中，期间不停的搅拌。
[0030](2)称量0.2g碳纳米管倒入盛有所述步骤(I)中混酸的烧瓶内，将烧瓶置于超声波清洗仪中超声振荡1分钟，期间不停的摇晃。
[0031](3)把所述步骤(2)中圆底烧瓶转移至磁力搅拌器90°C油浴中，接上冷却回流装置，在搅拌下冷却回流2h。
[0032](4)氧化处理结束后，待所述步骤(3)中溶液冷却到室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌。之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.2μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右。
[0033](5)把所述步骤(4)中微孔膜和滤饼放到盛有1mL蒸馏水的烧杯中，超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色。
[0034](6)最后把所述步骤(5)中烧杯放入80°C烘箱中，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0035]实施例2
[0036](I)首先量取1mL硝酸，之后量取30mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的烧瓶中，期间不停的搅拌。
[0037](2)准确称量0.500g碳纳米管倒入盛有所述步骤(I)中混酸的烧瓶内，将烧瓶置于超声波清洗仪中超声振荡20分钟，期间不停的摇晃。
[0038](3)把所述步骤(2)中圆底烧瓶转移至磁力搅拌器90°C油浴中，接上冷却回流装置，在搅拌下冷却回流3h。
[0039](4)氧化处理结束后，待所述步骤(3)中溶液冷却到室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌。之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.2μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右。
[0040](5)把步骤所述步骤(4)中微孔膜和滤饼放到盛有1mL蒸馏水的烧杯中，超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色。
[0041](6)最后把步骤所述步骤(5)中烧杯放入80°C烘箱中，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0042](7)如附图1所示，制备的纳米管纤维有纤维状和带状两种，多数为纤维状。
[0043]实施例3
[0044](I)首先量取5mL硝酸，之后量取15mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的烧瓶中，期间不停的搅拌。
[0045](2)准确称量0.250g碳纳米管倒入盛有所述步骤(I)中混酸的烧瓶内，将烧瓶置于超声波清洗仪中超声振荡10分钟，期间不停的摇晃。
[0046](3)把所述步骤(2)中圆底烧瓶转移至磁力搅拌器130°C油浴中，接上冷却回流装置，在搅拌下冷却回流2h。
[0047](4)氧化处理结束后，待所述步骤(3)中溶液冷却到室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌。之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.2μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右。
[0048](5)把步骤所述步骤(4)中微孔膜和滤饼放到盛有1mL蒸馏水的烧杯中，超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色。
[0049](6)最后把步骤所述步骤(5)中烧杯放入80°C烘箱中，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0050]实施例4
[0051 ] (I)首先量取1mL硝酸，之后量取30mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的烧瓶中，期间不停的搅拌。
[0052](2)准确称量0.400g碳纳米管倒入盛有所述步骤(I)中混酸的烧瓶内，将烧瓶置于超声波清洗仪中超声振荡15分钟，期间不停的摇晃。
[0053](3)把所述步骤(2)中圆底烧瓶转移至磁力搅拌器110°C油浴中，接上冷却回流装置，在搅拌下冷却回流3h。
[0054](4)氧化处理结束后，待所述步骤(3)中溶液冷却到室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌。之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.2μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右。
[0055](5)把步骤所述步骤(4)中微孔膜和滤饼放到盛有20mL蒸馏水的烧杯中，超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色。
[0056](6)最后把步骤所述步骤(5)中烧杯放入80°C烘箱中，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0057](7)附图2可知，制备的纳米管纤维的最大长度可达10cm;附图3纤维的SEM图像表明纤维表面较为粗糙，且表面有明显的小突起。
[0058]实施例5
[0059](I)首先用量筒量取1mL硝酸，倒入10mL圆底烧瓶中，之后用量筒量取30mL浓硫酸，慢慢倒入盛有浓硝酸的烧瓶中，期间不停的搅拌。
[0060](2)准确称量0.500g碳纳米管倒入盛有所述步骤(I)中混酸的烧瓶内，将烧瓶置于超声波清洗仪中超声振荡20分钟，期间不停的摇晃。
[0061](3)把所述步骤(2)中圆底烧瓶转移至磁力搅拌器90°C油浴中，接上冷却回流装置，在搅拌下冷却回流6h。
[0062](4)氧化处理结束后，待所述步骤(3)中溶液冷却到室温，把溶液缓慢倒入盛有蒸馏水的烧杯中，并不停的搅拌。之后用砂芯过滤器过滤，使用孔径0.2μπι的微孔膜，混酸被抽净后，用蒸馏水冲洗滤饼，继续抽滤，如此反复冲洗抽滤，直到滤液的pH值为7左右。
[0063](5)把步骤所述步骤(4)中微孔膜和滤饼放到盛有1mL蒸馏水的烧杯中，超声振荡把羧基化后的碳纳米管与微孔膜分离，直到微孔膜变成白色。
[0064](6)最后把步骤所述步骤(5)中烧杯放入70°C烘箱中，除去溶液中的水分，最后得到并收集碳纳米管纤维。
[0065](7)由附图4可得出所制备的碳纳米管纤维具有一定的可弯曲性质。
【主权项】
1.一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，包括: (1)将碳纳米管分散在强酸溶液中，超声，得到碳纳米管分散液;其中，强酸溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合液； (2)将步骤(I)中的碳纳米管分散液在油浴50-130°C条件下，冷却回流l-6h; (3)将步骤(2)中冷却回流得到的溶液冷却后过滤，冲洗滤饼至滤液的pH值为中性，烘干，得到碳纳米管纤维。2.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述步骤(I)中浓硫酸、浓硝酸和碳纳米管的比例为:15-50mL: 5_30mL:0.2-1g03.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1。4.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述步骤(I)中超声的时间为15-30分钟。5.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述步骤(2)中冷却回流在搅拌条件下进行。6.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述步骤(3)中过滤为用砂芯漏斗和微孔膜过滤;其中，微孔膜的孔径为0.Ι-Ο.3μηι07.根据权利要求1所述的一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，所述步骤(3)中烘干的温度为60-90 V。
【文档编号】C01B31/02GK105914370SQ201610292027
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李戎, 吴兴乐, 朱惠惠, 菅应凯
【申请人】东华大学