低温制备螺旋碳纳米管的方法技术

低温制备螺旋碳纳米管的方法，其特征在于，其制备步骤为：1）催化剂酒石酸铜的预处理；1.1）将酒石酸铜加入装有乙醇的器具中并超声20min以上，乙醇的量至少能完全淹没酒石酸铜以用于分散酒石酸铜；1.2）取超声后的上层液体倒入小瓷舟中；1.3）将小瓷舟放入烘箱中烘干即得到均匀分散的催化剂酒石酸铜；2）将第1）步处理后的载有酒石酸铜的小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，并向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；3）对石英管加热使其从室温升至T1，T1为210℃?220℃并在该温度下保温25?30min；4）保温结束后，继续对石英管加热使其从T1升至T2，T2为250?310℃；5）在T2温度下向石英管中通入乙炔气体，调节其速度为90?110ml/min，并在该温度下保温40?45分钟；6）保温结束后自然冷却至室温，小瓷舟中即得到螺旋碳纳米管。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，其制备步骤为：将载有预处理后的酒石酸铜的小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，并向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；然后对石英管加热使其从室温升至210℃-220℃并保温25-30min；保温结束后，继续对石英管加热使其升至250-310℃，并在该温度下保温40-45分钟，在保温时向石英管中通入乙炔气体，调节其速度为90-110ml/min；保温结束后自然冷却至室温，小瓷舟中即得到螺旋碳纳米管。本方法工艺简单、能耗低，成本低，产品物理性能和橡胶结合胶量大于现有的补强产品。【专利说明】
本专利技术涉及橡胶增强技术的改进，具体指一种用于橡胶增强的螺旋碳纳米管制备方法，属于橡胶增强材料
。
技术介绍
随着经济社会的发展，人们生活水平的提高，汽车的产消量逐年增加。安全问题是汽车一直需要解决的问题，而轮胎的安全性又是汽车安全中比较重要的一环。轮胎的制作材料是橡胶，为了增强橡胶的综合性能，需要在橡胶中加入补强材料。目前，橡胶的补强填料主要是黑炭与白炭黑。在研究传统的橡胶补强材料的同时，大家也在不断地开发新的补强填充材料。碳纳米管作为20世纪90年代才被人们发现的新型材料就得到了广泛的重视和应用。螺旋状碳纳米管是一种弯曲环绕，形成螺线状结构的碳纳米管。其螺旋形态特有的手性、螺旋状，以及非线性力学响应等性质，使其在微纳器件、复合材料等领域具有应用前景，逐渐成为人们关注的热点方向。螺旋碳纳米管具有很好的宽带微波吸收、特殊的电学性能和优越的力学性能等。碳纳米管壁上碳六边形网格中由sp2轨道杂化形成的C-C键具有较高的强度，因而碳纳米管是一种非常坚韧、刚度很高的材料，而螺旋碳纳米管特有的螺旋结构让它的力学性能更为优异。利用螺旋碳纳米管的独特螺旋状结构以及优异的力学、电学等特征可以用于制作微纳传感器，具有相同取向的螺旋碳纳米管阵列在耐压、抗冲击方面性能优越，可以应用于优良的缓冲材料。同时，螺旋碳纳米管还可以进行复合物的增强，在保持碳纳米管增强 优势的同时，利用螺旋结构加强了螺旋碳纳米管和复合物之间的目前螺旋碳纳米管还处于研究初期，由于苛刻的制备条件，导致制备出重复性好、高螺旋纯度、高产量的制备仍然是一个大的挑战，其应用领域尚处于探索阶段。而且，目前螺旋碳纳米管的制备过程中，其温度大部分在400-800°C间，增大了工艺难度和能耗。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种工艺简单、成本低的螺旋碳纳米管制备方法。本专利技术的技术方案是这样实现的: ，其制备步骤为: 1)催化剂酒石酸铜的预处理； 1.1)将酒石酸铜加入装有乙醇的器具中并超声20min以上，乙醇的量至少能完全淹没酒石酸铜以用于分散酒石酸铜；乙醇的浓度为99.5% ； 1.2)取超声后的上层液体倒入小瓷舟中； 1.3)将小瓷舟放入烘箱中烘干即得到均匀分散的催化剂酒石酸铜； 2)将第I)步处理后的载有酒石酸铜的小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，并向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；3)对石英管加热使其从室温升至Tl，Tl为210°C_220°C并在该温度下保温25_30min ；4)保温结束后，继续对石英管加热使其从Tl升至T2，T2为250-310°C;第3)步和第4)步的加热速率均为2°C /分。5)在T2温度下向石英管中通入乙炔气体，调节其速度为90-110ml/min，并在该温度下保温40-45分钟； 6)保温结束后自然冷却至室温，小瓷舟中即得到螺旋碳纳米管。因为第6)步得到的螺旋碳纳米管会存在一些杂质，可以按下述方法进行除杂: 7)将制备的螺旋碳纳米管加入足量的浓盐酸中，然后将其放入超声装置中超声并搅拌40min ； 8)将第7)步超声处理后得到的混合物用直径为20nm的微孔滤膜抽滤，过滤物再用蒸馏水反复洗涤，直至滤液为中性，最后烘干即可。当螺旋碳纳米管作为橡胶补强材料用于橡胶补强时，螺旋碳纳米管在与橡胶大分子的结合上，除了具有炭黑颗粒与橡胶大分子相同的化学物理结合方式外，还有其特有的缠绕和成束，这就使得螺旋碳纳米管和橡胶分子有强大的结合能力，使补强后的橡胶具有很多超越炭黑补强的性能。本专利技术螺旋碳纳米管制备方法工艺简单、成本低，容易实现。相比现有技术，本专利技术具有以下优点: I)本专利技术制备温度为250-310°C，该温度段在螺旋碳纳米管制备上属于低温，较现有技术的400-80(TC，本制备方法工艺简单、能耗低，成本低。2)在橡胶混炼中加入本专利技术制备的螺旋碳纳米管得到的补强橡胶，其物理性能优于N330补强的橡胶，具体数据可以见表1。3)加入本专利技术制备的螺旋碳纳米管补强的橡胶结合胶量大于N330补强的橡胶结合胶量，具体数据可以见表2。【专利附图】【附图说明】图1、图2是在250°C下制备的不同倍数下的螺旋碳纳米管SEM图。图3、图4是在280°C下制备的不同倍数下的螺旋碳纳米管SEM图。图5、图6是在310°C下制备的不同倍数下的螺旋碳纳米管SEM图。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术，其制备步骤为: 1)催化剂的预处理；本专利技术所用催化剂为酒石酸铜，通过预处理得到粒度较小且均匀分散的酒石酸铜； 1.1)将酒石酸铜加入装有乙醇的器具中并超声20min以上，乙醇的量至少能完全淹没酒石酸铜以用于分散酒石酸铜；乙醇的浓度为99.5% ； 1.2)取超声后的上层液体倒入小瓷舟中； 1.3)将小瓷舟放入50°C烘箱中烘干即得到均匀分散的催化剂酒石酸铜； 2)将第I)步处理后的载有酒石酸铜的小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，并向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；模具为不锈钢圆筒体，两端开口，其中气体进口端设有网状结构用于使气流均匀通过。实施例中不锈钢圆筒体的长为25cm，直径为7cm。3)对石英管加热使其从室温升至Tl，Tl为210 °C _220 °C并在该温度下保温25_30min ； 4)保温结束后，继续对石英管加热使其从Tl升至T2，T2为250-310°C;第3)步和第4)步的加热速率均为2°C /分； 5)在T2温度下向石英管中通入乙炔气体，调节其速度为90-110ml/min，并在该温度下保温40-45分钟；在这个保温时间里一直通入乙炔气体。6)保温结束后自然冷却至室温，小瓷舟中得到的为螺旋碳纳米管初级产品； 7)将第6)步制备的螺旋碳纳米管初级产品加入足量的浓盐酸中，然后将其放入超声装置中超声并搅拌40min ； 8)将第7)步超声处理后得到的混合物用直径为20nm的微孔滤膜抽滤，过滤物再用蒸馏水反复洗涤，直至滤液为中性，最后烘干即可。由于第6)步得到 的螺旋碳纳米管为初级产品，含有杂质，主要是金属铜及其氧化物，步骤7) -8)实际就是除杂的过程。本方法采用化学气相沉积(CVD)法制备螺旋碳纳米管。在一定温度下，催化剂酒石酸铜在惰性气体气氛保护下，碳源乙炔在其表面分解，沉积螺旋碳纳米管。在CVD过程中，催化剂起到核心作用。小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，目的是让碳源乙炔均匀通过酒石酸铜催化剂。当碳源乙炔从石英管到达模具时，气体通过模具网状封口时，让乙炔气体分布均匀。优选制备实本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温制备螺旋碳纳米管的方法，其特征在于，其制备步骤为：1）催化剂酒石酸铜的预处理；1.1）将酒石酸铜加入装有乙醇的器具中并超声20min以上，乙醇的量至少能完全淹没酒石酸铜以用于分散酒石酸铜；1.2）取超声后的上层液体倒入小瓷舟中；1.3）将小瓷舟放入烘箱中烘干即得到均匀分散的催化剂酒石酸铜；2）将第1）步处理后的载有酒石酸铜的小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管中，并向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；3）对石英管加热使其从室温升至T1，T1为210℃?220℃并在该温度下保温25?30min；4）保温结束后，继续对石英管加热使其从T1升至T2，T2为250?310℃；5）在T2温度下向石英管中通入乙炔气体，调节其速度为90?110ml/min，并在该温度下保温40?45分钟；6）保温结束后自然冷却至室温，小瓷舟中即得到螺旋碳纳米管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，张华知，龚勇，王涛，晏建波，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：