碳纳米管的纯化方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管的纯化方法，该方法包括，在真空或惰性氛围中，在第一温度下使碳纳米管中的残留金属与含氯化合物反应，从而使所述的残留金属氯化，并且在高于所述第一温度的第二温度下将所述氯化的残留金属蒸发及去除的步骤。本发明专利技术中提供的纯化方法，通过使氯化金属蒸发的方法对碳纳米管进行纯化，消除了碳纳米管的物理性损伤及形状的变形。

Purification method of carbon nanotube

The present invention provides a method for purification of carbon nanotubes, the method comprises, in a vacuum or inert atmosphere, the residual metal in carbon nanotubes and chlorinated compounds in the first reaction temperature, so that the residual metal chloride, and higher than the first temperature, the second temperature residual metal the chloride evaporation and removal steps. The purification method provided by the invention eliminates the physical damage and the shape deformation of the carbon nanotubes by purifying the carbon nanotubes by evaporating the chlorination metal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管的纯化方法
本申请主张基于2015年07月24日韩国专利申请第10-2015-0124773号的优先权，该韩国专利申请文献中所公开的全部内容作为本说明书的一部分而被包含。本专利技术提供了一种对通过与含氯化合物反应而制备的碳纳米管中所包含的杂质进行去除，从而可提供更高纯度碳纳米管的纯化方法。
技术介绍
通常情况下，碳纳米管(以下称为“CNT”)是指具有约3至150nm、具体而言约3至100nm的直径，长度为直径的数倍、例如100倍以上的圆柱形碳管。这种CNT由碳原子排列的层组成，并具有不同形态的芯。另外，这种CNT例如还被称为碳纤维或者中空碳纤维。通常情况下，所述的CNT可通过电弧放电法、激光蒸发法、化学气相沉积法等制备。其中，电弧放电法及激光蒸发法由于难以大量生产、电弧生产费用过高或激光设备购买费用等原因，存在着经济可行性降低的问题。通常情况下，在化学气相沉积法中，通过在高温的流化床反应器内，使金属催化剂颗粒与烃系的原料气体分散及反应，从而生成碳纳米结构体。即，金属催化剂借助原料气体在流化床反应器内漂浮的同时与原料气体反应，从而使碳纳米结构体生长。碳纳米管因其特有的手性(chirality)，表现出非导体、导体或半导体的性质,由于碳原子之间通过强力的共价键连接，因此拉伸强度与钢铁相比较大约100倍以上，且柔韧性和弹性等十分优异，同时具备稳定的化学特性。由于具有这样的尺寸和特定的物性，因此在复合材料的制备中具有重要的产业意义，同时在电子材料领域、能源材料领域以及其他各个领域具有较高的应用性。例如，所述碳纳米管可应用于如二次电池、燃料电池或超级电容器(supercapacitor)等电化学储存装置的电极、电磁波屏蔽体、场发射显示器或气体传感器等。尽管如此，在使用碳纳米管时，碳纳米管制作过程中所使用的催化剂金属被视为杂质，并且存在着由所述的金属杂质引起的热稳定性及化学稳定性等基础物性降低的问题。因此，此时需要通过只对碳纳米管进行纯化，使碳纳米管的基础物性提高的方法。
技术实现思路
技术课题本专利技术提供了一种无缺陷地对已制备的碳纳米管中所包含的残留金属进行去除的纯化工艺。解决课题的方案为解决本专利技术的课题，本专利技术纯化方法包括：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而使所述的残留金属氯化的步骤；以及在高于所述第一温度的第二温度下在惰性气体或真空氛围中，蒸发及去除氯化的残留金属的步骤。所述第二温度(T2)可以是T1+100℃以上。所述第一温度可选自700℃至900℃，所述第二温度可选自800℃至1300℃。另外，在基于所述第二温度进行蒸发及去除氯化金属的步骤时，交替地施加真空、惰性气体氛围或真空氛围和惰性气体氛围。在氯化金属的去除工序中，在惰性气体氛围的情况下，其压力可以为500托至800托。在第一温度(T1)下与含氯化合物气体反应，从而使所述的残留金属氯化的步骤中，可以以500托至900托供给含氯化合物气体并反应。另外，经过纯化的碳纳米管中的残留金属杂质总含量可以在50ppm以下。另外，所述碳纳米管可以为使用含钴(Co)的金属催化剂制备的碳纳米管，所述金属催化剂还可以含有铁(Fe)、钼(Mo)、钒(V)以及铬(Cr)中的一种或多种金属成分。另外，在所述碳纳米管经过纯化工艺以后，其Co含量可以为40ppm以下。另外，所述碳纳米管可以为，在流化床反应器中，利用化学气相沉积法(CVD)制备的碳纳米管。另外，所述含氯化合物可以为氯气(Cl2)或三氯甲烷(CHCl3)气体。有益效果本专利技术所涉及的碳纳米管在高温的温度条件下与氯化合物反应，从而能够对使用金属催化剂的碳纳米管制备工艺中所产生的残留金属进行去除，由此能够有效地去除如残留金属等杂质。特别是在作为相对较低的温度的第一温度下进行的氯气处理工序，以及在氮气(N2)或真空氛围中、在第二温度下进行的氯化金属去除工序，能够提高去除碳纳米管中的残留金属的效率；第二工序通过在氮气或真空氛围中进行，从而能够一并去除碳纳米管中残留的氯气。本专利技术能够进一步提高碳纳米管的物性，特别是使热稳定性得到提高，表现出显著提升氧化分解温度的效果，因此可有利地使用于阻燃材料以及金属复合体中。附图说明图1a及图1b表示在纯化工艺前(比较例1)后(实施例1)的CNT的SEM图。图2a及2b表示实施例1及比较例1中碳纳米管的TEM_EDX结果的图表。具体实施方式本专利技术说明书及权利要求书中所使用的术语或词语的解释，不应限定于通常情况或词典中的含义，专利技术人为了以最佳方式对其本人的专利技术进行说明，立足于能够对术语的概念进行恰当定义的原则，因此只能以符合本专利技术技术思想的意义和概念进行解释。以下对本专利技术进行详细说明。本专利技术的一个优选实施例中，提供了一种碳纳米管的纯化方法，该方法包括：在真空或惰性氛围中，在第一温度下使碳纳米管中的残留金属与含氯化合物反应，从而使所述残留金属氯化的步骤；及在高于所述第一温度的第二温度下，蒸发及去除氯化的残留金属的步骤。本专利技术旨在从已制备的碳纳米管中，对由制备工艺中所使用的金属催化剂所产生的残留金属进行去除的过程中，利用与含氯化合物在高温下进行反应、使所述的残留金属氯化蒸发的方法，通过该方法能够对碳纳米管进行纯化，从而能够改善由如残留金属等金属杂质引起的物性降低。根据一个实施例，所述第一温度可选自700℃至1000℃，所述第二温度可选自800℃至1500℃。另外，经过所述纯化过程的碳纳米管中残留的金属杂质含量与纯化前相比可减少100倍至1000倍以上。即，可以认为绝大部分的残留金属已被去除。所述方法利用了由被氯化的金属沸点低于金属的特性，使其经过氯化工序液化或将气相的金属在更高的温度下全部蒸发的原理。由于所述方法利用气相的高温反应，因此具有已制备的碳纳米管不受任何物理损伤的优点。以下对所述碳纳米管的纯化工艺进行更加具体的说明。本专利技术提供的纯化方法包括：在真空或惰性气体氛围中，在第一温度下使已制备的碳纳米管中的残留金属与含氯化合物反应，从而使所述的残留金属氯化的步骤；以及在高于所述第一温度的第二温度下，蒸发和去除被氯化的残留金属的步骤。根据本专利技术一个实施例，所述含氯化合物可以为氯气(Cl2)或三氯甲烷(CHCl3)气体。由于含氯化合物与碳纳米管的反应性较低，因此能够进一步减少对已制备的碳纳米管造成的损伤。引发所述金属氯化的第一温度(T1)可以为700℃至1000℃，更优选700℃至900℃。在低于700℃的温度下，碳材料中的催化剂金属等金属杂质发生氯化反应可能不顺利。所述金属氯化工序后的加热工序在高于第一温度(T1)的第二温度(T2)下实施。具体而言，T2可以为T1+100℃以上的温度，优选为T1+100℃以上的温度。所述第二温度可在800℃至1500℃范围内，优选为900℃至1400℃。当所述加热工序在900℃以下或低于第一温度的温度下进行时，由于被氯化的金属的去除反应发生不顺利，因此残留金属及被氯化的金属可能残留在碳纳米管中作为杂质而作用，由此导致碳纳米管的物性降低。另外，在1500℃以上的温度下，可能因残留金属发生催化石墨化，从而不容易去除金属。另外，通过使所述第一温度下实施的氯化反应维持约10分钟至1小时，能够使残留金属的氯化工序更加彻底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管纯化方法，包括：在真空或惰性气体氛围中，在第一温度(T

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.03 KR 10-2015-01247731.一种碳纳米管纯化方法，包括：在真空或惰性气体氛围中，在第一温度(T1)下使碳纳米管中的残留金属与含氯化合物反应，从而使所述的残留金属氯化的步骤；及在高于所述第一温度(T1)的第二温度(T2)下，蒸发及去除氯化的残留金属的步骤。2.根据权利要求1所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，所述第二温度(T2)为T1+100℃以上的温度。3.根据权利要求1所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，所述第一温度选自700℃至1000℃，所述第二温度选自800℃至1500℃。4.根据权利要求1所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，所述第一温度为700℃至900℃，第二温度为900℃至1300℃。5.根据权利要求1所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，在基于所述第二温度进行蒸发及去除氯化金属的步骤时，交替地施加真空、惰性气体氛围或真空氛围和惰性气体氛围。6.根据权利要求5所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，在氯化金属的去除工序中，在惰性气体氛围的情况下，其压力为500托至800托。7.根据权利要求1所述的碳纳米管纯化方法，其特征在于，在第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜京延，禹知希，曹东铉，金昱营，李丞镛，张炯植，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR