一种高接枝率的碳纳米材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种碳纳米材料处理方法，特别是一种可以提高碳纳米材料接枝率的处理方法。

背景技术：

目前碳纳米材料(包括富勒烯，碳纳米管，石墨烯等等)已经在很多领域展现了应用价值，比如功能性纤维，水性涂料，润滑油，塑料，橡胶等等。但是碳纳米材料具有独特的二维纳米结构，使其在体系中的均匀分散仍然是产业化进程中的难点。对其进行接枝改性是解决这一难点的有效手段：公开号cn105732917b公开了一种还原氧化石墨烯接枝聚丙烯腈的制备方法，聚丙烯腈接枝改性石墨烯的接枝率为20％-75％；公开号cn101831130a公开了一种实现石墨烯表面接枝聚乙烯吡咯烷酮的方法，未提及接枝率；公开号cn103992448b公开一种聚合物接枝碳纳米管及其制备方法，碳纳米管氨基化比例为0.45wt％，改善了在水中的分散性，但是接枝率也未提及；将石墨烯引入大量缺陷是提高其接枝率的有效方法，有最新的文献(adv.mater.doi：10.1002/adma.201808091)报道，理论计算结果表明，在电化学循环过程中石墨烯中锂吸附和缺陷形成彼此促进，形成锂吸附和碳结构缺陷化的“雪崩效应”，但仅是理论上的可行性，目前工业上仍无十分有效的方法将石墨烯缺陷化与高接枝率相结合。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，利用锂对碳纳米材料缺陷化，提供一种提高碳纳米材料接枝率的处理方法，工艺操作简单，反应条件温和，平均接枝率在90％以上。

本发明的技术方案是：一种高接枝率的碳纳米材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、选取碳纳米材料本体；

步骤二、以水为溶剂，向反应容器中加入步骤一中选取的碳纳米材料本体，混合均匀后，碳纳米材料本体的浓度为0.01％-3％；

步骤三、向反应容器中继续加入lioh·h2o，lioh·h2o与碳纳米材料本体的质量比为0.5-1：1；

步骤四、将反应容器放入超声发生器中，用大于等于250w的功率在常温下超声1-2h，超声过程中持续通入二氧化碳；

步骤五、超声结束后，将反应容器加热到95-105℃，持续搅拌6-12h后自然冷却到室温；

步骤六、将反应容器中的物料以水蒸气进行10-60min的水合反应，过滤，洗涤，真空干燥后得到了具有高接枝率的碳纳米材料。

进一步的，步骤一中所述碳纳米材料本体为由碳原子以sp²，sp³杂化轨道组成的五元环、六元环堆积的碳纳米材料或其氧化物，是零维、一维、二维或者三维结构体中的一种或者几种。

进一步的，步骤一中所述碳纳米材料本体为富勒烯，碳纳米管或者石墨烯材料。

进一步的，步骤二中所述反应容器为聚四氟乙烯反应容器。

进一步的，步骤六、将反应容器中的物料以2.5kpa的水蒸气进行10-60min的水合反应，过滤，洗涤，80-100℃真空干燥后得到了具有高接枝率的碳纳米材料。

进一步的，步骤二、以水为溶剂，向反应容器中加入步骤一中选取的碳纳米材料本体，混合均匀后，碳纳米材料本体的浓度为1％-3％。

本发明还提供由所述的高接枝率的碳纳米材料的制备方法制备得到的高接枝率的碳纳米材料。

本发明的有益效果是：利用锂对碳纳米材料缺陷化，即锂在水热反应的过程中，可被碳材料本体吸附，引发碳材料的缺陷。在通常情况下，材料的缺陷越多，与官能团连接的位置就更多，可大幅提高接枝成功率。表征采用热失重的方法即可简单判断，通常碳纳米材料本体在室温-900℃，保护气氛下是不会发生质量损失的。本方法中提供一种提高碳纳米材料接枝率的处理方法，工艺操作简单，反应条件温和，平均接枝率在90％以上。高效便捷，为碳纳米材料的大规模应用提供了便利。

附图说明

图1为碳纳米材料接枝后热失重。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例不能用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例1

在聚四氟乙烯反映容器中加入氧化石墨烯水溶液，浓度为3％，加入lioh·h2o，质量为氧化石墨烯的50％。250w超声1h，过程中持续通入二氧化碳。超声结束后，加热到95℃，持续搅拌6h后自然冷却。以2.5kpa的水蒸气进行30min的水合反应，过滤，洗涤，80℃真空干燥后，氧化石墨烯被还原，得到了具有高接枝率的石墨烯。经聚合物接枝后，接枝率达到了96.1％，如图1所示。

实施例2

在聚四氟乙烯反映容器中加入碳纳米管水溶液，浓度为1％，加入lioh·h2o，质量为碳纳米管的100％。250w超声2h，过程中持续通入二氧化碳。超声结束后，加热到105℃，持续搅拌6h后自然冷却。以2.5kpa的水蒸气进行60min的水合反应，过滤，洗涤，80℃真空干燥后，得到了具有高接枝率的碳纳米管，聚合物平均接枝率达95％以上。

实施例3

在聚四氟乙烯反映容器中加入碳纳米管水溶液，浓度为0.01％，加入lioh·h2o，质量为碳纳米管的80％。250w超声1.5h，过程中持续通入二氧化碳。超声结束后，加热到105℃，持续搅拌6h后自然冷却。以2.5kpa的水蒸气进行60min的水合反应，过滤，洗涤，80℃真空干燥后，得到了具有高接枝率的碳纳米管，聚合物平均接枝率达92％以上。

本发明利用锂对碳纳米材料缺陷化，提供一种提高碳纳米材料接枝率的处理方法，工艺操作简单，反应条件温和，平均接枝率在90％以上。高效便捷，为碳纳米材料的大规模应用提供了便利。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高接枝率的碳纳米材料的制备方法，以水为溶剂，向反应容器中加入步骤一中选取的碳纳米材料本体，混合均匀后，碳纳米材料本体的浓度为0.01％‑3％；向反应容器中继续加入LiOH·H2O，LiOH·H2O与碳纳米材料本体的质量比为0.5‑1：1；将反应容器放入超声发生器中，用大于等于250W的功率在常温下超声1‑2h，超声过程中持续通入二氧化碳；超声结束后，将反应容器加热到95‑105℃，持续搅拌6‑12h后自然冷却到室温；将反应容器中的物料以2.5kPa的水蒸气进行10‑60min的水合反应，过滤，洗涤，真空干燥后得到了具有高接枝率的碳纳米材料；工艺操作简单，反应条件温和，平均接枝率在90％以上。

技术研发人员：武桐;张燕萍;赵志国
受保护的技术使用者：上海利物盛纳米科技有限公司
技术研发日：2019.05.13
技术公布日：2019.08.16