一種氧化多壁碳納米管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于碳基材料氧化技術(shù)領(lǐng)域，具體的是設(shè)及一種氧化多壁碳納米管的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從90年代初Iijima等發(fā)現(xiàn)具有納米尺寸的多壁碳納米管(MWNTs) W來，多壁碳 納米管受到眾多國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。多壁碳納米管具有獨特的中空管狀結(jié)構(gòu)，具有大 的比表面積和高的化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點，使其在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，例如：場發(fā)射 體、儲氨材料、為電子元件、催化劑載體等。
[0003] 原始狀態(tài)下的多壁碳納米管是碳原子組成的大分子，一般不溶于任何溶劑，并且 在溶液中容易凝集成團，妨礙了對其進行分子水平研究及操作，大大限制了多壁碳納米管 在各方面的應(yīng)用。特別是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)方面，需要多壁碳納米管能夠長時間存在于 水溶液中。所W，能有效氧化多壁碳納米管(O-MWNTs)是非常必要的。目前氧化多壁碳納米 管采用硝酸氧化法、混合酸氧化法和混合酸與過氧化氨共同氧化法。但是運些方法增加的 含有官能團很少，并且強酸使用比例大，氧化的樣品在水溶液中不能長久保持分散性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服碳納米管在應(yīng)用上的局限性，利用混合酸(濃硝酸、濃硫酸） 和高儘酸鐘方法氧化多壁碳納米管，使氧化后的多壁碳納米管含有大量的簇基、徑基等含 氧官能團，提供一種氧化多壁碳納米管的制備方法。
[0005] 實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：
[0006] 本發(fā)明提供了一種氧化多壁碳納米管的制備方法。具體的技術(shù)方案如下：
[0007] (1)將濃硝酸與濃硫酸在冰水浴中攬拌得到混合酸，溫度控制在5-10°C;
[000引（2)取壁碳納米管加入其中，攬拌，溫度控制在5-10°C ;
[0009] (3)逐步緩慢分批次加入高儘酸鐘，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度 為10 °c左右反應(yīng)；
[0010] (4)把冰水放掉加熱至50°C，反應(yīng)共計10-20小時；
[0011] (5)反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴加水稀釋，溶液溫度在40°C W下；
[0012 ] (6)加入雙氧水至溶液里，并靜置，倒掉上清液；
[0013] (7)用5%肥1和純水對樣品洗涂，去掉金屬離子，所制備的多壁碳納米管氧化物在 溫度為100 °c下干燥后保存。
[0014] 進一步，步驟(1)中濃硝酸與濃硫酸的體積比為1: 2。
[0015] 進一步，步驟(3)中分6次添加高儘酸鐘，反應(yīng)時間為3-4小時。
[0016] 進一步，步驟(6)中雙氧水質(zhì)量濃度為30%，靜置24小時。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是:實驗采用濃硝酸和濃硫酸體積比為1:2和 6g高儘酸鐘，并且高儘酸鐘分6次添加，反應(yīng)3小時，使得氧化反應(yīng)更充分。制備后的氧化 MWNTs經(jīng)測試后，紅外光譜圖和元素分析都說明了樣品被充分氧化，產(chǎn)生了大量的含氧官能 團，例如簇基、徑基、環(huán)氧等。本方法中使用了混合酸(濃硝酸、濃硫酸)和高儘酸鐘方法氧化 制備氧化的多壁碳納米管，可產(chǎn)生更多的含氧官能團，例如簇基、徑基等?？朔继技{米 管不溶于水的缺點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實例1氧化多壁碳納米管的紅外光譜圖。
[0019]圖視本發(fā)明實例3氧化多壁碳納米管溶液。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種W多壁碳納米管為原料，混酸(硫酸和硝酸)作溶劑，高儘酸鹽 作氧化劑制備的氧化多壁碳納米管。
[0021 ] W下通過實施例進一步說明本發(fā)明：
[0022] 實施例1:
[0023] 首先向四頸瓶中加入30mL濃硝酸，再加入60mL的濃硫酸，在冰水浴中機械攬拌15 分鐘得到混合酸，溫度為5-10°C。取1.Og的多壁碳納米管加入其中，攬拌10分鐘，溫度在5-10°C;逐步緩慢加入6g高儘酸鐘，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10°CW下 共反應(yīng)時間為3小時；水放掉加熱至50°C反應(yīng)共計15小時；反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴 加 IOOmL水稀釋。將樣品溶液再倒入燒杯稀釋到300mL，溶液溫度在40°CW下；加入5mL的 30%雙氧水至溶液里，并靜置24小時，倒掉上清液；用適量的5%HC1和純水對樣品洗涂。將 金屬離子洗去，所制備的多壁碳納米管氧化物在l〇〇°C下干燥后，稱重1.2g。取干燥后的樣 品進行紅外表征。
[0024] 圖1本發(fā)明實例1氧化多壁碳納米管的紅外光譜圖。從圖1可W看出，氧化多壁碳納 米管的樣品在3371cm-i附近有一個較寬較強的吸收峰應(yīng)屬OH的伸縮振動峰;在1716cm-i處 的峰為氧化MWNTs的幾基上的C = O伸縮振動吸收峰;1583cnfi附近的峰應(yīng)為C = C伸縮振動吸 收；1284cm-i附近的峰應(yīng)為徑基中的一OH變形振動吸收；1175cm-i和1069cm-i附近的峰應(yīng)為 C-0-C伸縮振動吸收；IOOScnfi附近的峰應(yīng)為C-OH的伸縮振動，可知O-MWNTs中存在C = 0、一0H、C-0-C、C-OH、一COOH等基團。氧化后的MWNTs與MWNTs的紅外光譜圖相比，氧化后 的MWNTs增加了很多含氧官能團。
[0025] 實施例2:
[0026] 首先向四頸瓶中加入30mL濃硝酸，再加入60mL的濃硫酸，在冰水浴中機械攬拌15 分鐘得到混合酸，溫度為5-10°C。取1.Og的多壁碳納米管加入其中，攬拌10分鐘，溫度在5-10°C;逐步緩慢加入6g高儘酸鐘，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10°CW下 共反應(yīng)時間為3小時；水放掉加熱至50°C反應(yīng)共計15小時；反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴 加 IOOmL水稀釋。將樣品溶液再倒入燒杯稀釋到300mL，溶液溫度在40°CW下；加入5mL的 30%雙氧水至溶液里，并靜置24小時，倒掉上清液；用適量的5%HC1和純水對樣品洗涂。將 金屬離子洗去，所制備的多壁碳納米管氧化物在l〇〇°C下干燥后，稱重1.2g。
[0027] 取干燥后的樣品進行元素分析測試。
[002引
[0029] 表1為本發(fā)明實例2氧化多壁碳納米管元素分析。從表1可W看出，多壁碳納米管的 C含量由96.38%減少到40.59%，0含量大約為56.68 %，說明MWNTs被充分氧化，并且增加了 很多含氧官能團。
[0030] 實施例3:
[0031 ]首先向四頸瓶中加入30mL濃硝酸，再加入60mL的濃硫酸，在冰水浴中機械攬拌15 分鐘得到混合酸，溫度為5-10°C。取1.Og的多壁碳納米管加入其中，攬拌10分鐘，溫度在5-1 (TC ;逐步緩慢加入6g高儘酸鐘，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10°C W下 共反應(yīng)時間為3小時；水放掉加熱至50°C反應(yīng)共計15小時；反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴 加1 OOmL水稀釋。將樣品溶液再倒入燒杯稀釋到300mL，溶液溫度在40°C W下；加入5mL的 30%雙氧水至溶液里，并靜置24小時，倒掉上清液；用適量的5%HC1和純水對樣品洗涂。將 金屬離子洗去，所制備的多壁碳納米管氧化物在l〇〇°C下干燥后，稱重1.2g。
[0032]取0.1 g樣品溶于200mL水中，超聲1小時，并靜置一個月后，觀察樣品的分散性。從 圖2可看出，樣品在水中具有穩(wěn)定的分散性。水溶性的MWNTs可用于醫(yī)學(xué)上的組織修復(fù)、基因 載體等。
【主權(quán)項】
1. 一種氧化多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將濃硝酸與濃硫酸在冰水浴中攪拌得到混合酸，溫度控制在5-10°C; (2) 取壁碳納米管加入其中，攪拌，溫度控制在5-10°C ; (3) 逐步緩慢分批次加入高錳酸鉀，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10 °C左右反應(yīng)； (4) 把冰水放掉加熱至50 °C，反應(yīng)共計10-20小時； (5) 反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴加水稀釋，溶液溫度在40°C以下； (6) 加入雙氧水至溶液里，并靜置，倒掉上清液； (7) 用5%HC1和純水對樣品洗滌，去掉金屬離子，所制備的多壁碳納米管氧化物在溫度 為100 °c下干燥后保存。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟（1)中濃硝 酸與濃硫酸的體積比為1: 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)中分6次 添加高錳酸鉀，反應(yīng)時間為3-4小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(6)中雙氧 水質(zhì)量濃度為30%，靜置24小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化多壁碳納米管的制備方法。包括：(1)將濃硝酸與濃硫酸在冰水浴中攪拌得到混合酸，溫度控制在5-10℃；(2)取壁碳納米管加入其中，攪拌，溫度控制在5-10℃；(3)逐步緩慢分批次加入高錳酸鉀，每次添加間隔時間為15min，冰水浴保持溫度為10℃左右反應(yīng)3-4小時；(4)把冰水放掉加熱至50℃，反應(yīng)共計10-20小時；(5)反應(yīng)混合物冷卻至室溫，緩慢滴加水稀釋，溶液溫度在40℃以下；(6)加入雙氧水至溶液里，并靜置，倒掉上清液；(7)用5％HCl和純水對樣品洗滌，去掉金屬離子，所制備的多壁碳納米管氧化物在溫度為100℃下干燥后保存。利用混合酸和高錳酸鉀方法氧化多壁碳納米管，使氧化后的多壁碳納米管含有大量的羧基、羥基等含氧官能團。
【IPC分類】B82Y40/00, C01B31/02
【公開號】CN105668544
【申請?zhí)枴緾N201610035514
【發(fā)明人】張超智, 李婷, 顧承越, 牛孟霄, 蘇艷曉
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月19日