一种碳纳米管的分散方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管的分散方法，由以下步骤组成：将碳纳米管放入碱溶液中加热至200℃～500℃，回流0.5h～3.0h后，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到7.0～8.0，得到碳纳米管混合液；将该混合液加入到混酸中，加热至200℃～500℃，回流0.2h～1h，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到6.8～7.5，得到纯净的碳纳米管液体；将该碳纳米管液体与分散剂混合，超声分散0.2～7h后，得到分散均匀的碳纳米管分散液。本发明专利技术的碳纳米管分散方法在纯液相中进行，未经高温煅烧氧化，碳纳米管的结构不会遭到破坏，同时处理时间短，使得碳纳米管在混酸处理过程中不会发生严重氧化，从而保证碳纳米管产出率相对较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳纳米管材料领域，尤其涉及。
技术介绍
碳纳米管具有优异的物理、力学性能，是制备复合材料的理想增强相。但是，由于碳纳米管之间存在很强的范德华力，使其易于纠缠团聚，不易分散，严重限制了其增强性能的发挥。目前现有的分散方法有:球磨、超声震荡、添加分散剂等。于作龙等通过研磨与搅拌的方法截断分散碳纳米管；Tsang等将多壁碳纳米管在强酸中超声得到分散的开口碳纳米管；许龙山，陈传盛等通过酸洗过程获得分散的碳纳米管；肖奇等采用十六烷基三甲基溴化铵为分散剂得到分散的碳纳米管；万淼等利用低速球磨机对碳纳米管进行了球磨，使碳纳米管变短分散，其透射电镜实验结果表明:低速球磨可以使碳纳米管开口变短，球磨5h后碳纳米管开口变短，效果已经很明显；球磨20h后，碳纳米管变短，出现且有明显的团聚现象。采用单一方法进行碳纳米管的分散，所得分散液往往稳定性差，不能长期保存，且对于团聚碳纳米管不具有分散作用，反而使团聚体更密实。所得分散液在干燥后碳纳米管又会团聚，使得分散后碳纳米管粉末不具有使用价值，加入材料中后反而会造成缺陷，严重影响复合材料性能。中国专利CN102805103A公开了一种分散碳纳米管的方法:先用碱处理碳纳米管、再高温煅烧、然后再混酸处理、最后与分散剂一起分散。结合孙晓刚和曾效舒的“空气氧化法提纯碳纳米管的研究”的论文可知，对未经碱预处理的碳纳米管，在500°C以上、煅烧lh的加热条件下，碳纳米管的烧损率会达到40%，即在杂质氧化的同时碳纳米管表面和端帽处也发生氧化而烧损；对于经碱处理后的碳纳米管，其反应活性更大，烧损会更严重，而对于氧化烧损已经非常严重的碳纳米管，再进行混酸超声处理，则会进一步加剧碳纳米管的氧化，从而使得碳纳米管产出率偏低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺流程简单、碳纳米管产出率相对较高、在分散液和干燥条件下均具有良好分散性和稳定性的碳纳米管分散方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为:—种碳纳米管的分散方法，由以下步骤组成:1)将碳纳米管放入碱溶液中加热至200°C?500°C，回流0.5h?3.0h后，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到7.0?8.0，得到碳纳米管混合液，其中所述碳纳米管与碱溶液的质量比为1:20?40 ；2)将步骤1)后得到的碳纳米管混合液加入到混酸中，加热至200°C?500°C，回流0.2h?lh，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到6.8?7.5，得到纯净的碳纳米管液体，其中碳纳米管混合液与混酸的体积比为1:25?40 ;3)将步骤2)后得到纯净的碳纳米管液体与分散剂混合，超声分散0.2?7h后，得到分散均匀的碳纳米管分散液，其中纯净的碳纳米管液体与分散剂的体积比为1:10?20。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述步骤3)中，分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚(以下简称0P乳化剂)和十一■烧基苯横酸纳的混合液，或者为十一■烧基硫酸纳和十一■烧基苯磺酸钠的混合液。采用混合分散剂比单一分散剂分散效果更好，更稳定；对于十二烧基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠，两种同为阴离子型表面活性剂，在水中具有协同作用，通过静电排斥和空间位阻作用防止碳纳米管团聚；对于十二烷基苯磺酸钠和0P乳化剂，其中十二烷基苯磺酸钠为阴离子型表面活性剂，0P乳化剂为非离子型表面活性剂，两者会形成混合胶束吸附在碳纳米管表面，通过静电效应各胶束间相互排斥，阻碍了碳纳米管团聚，且0P乳化剂为胶状物，在干燥后会包裹在碳纳米管表面，使得碳纳米管在干燥后仍保持良好分散性。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠的混合液中，烷基酚聚氧乙烯醚质量浓度为1%?12%，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.lg/L ?2.5g/L0上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合液中，十二烷基硫酸钠浓度为0.lg/L?3.5g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.lg/L?3.5g/L。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述步骤1)中，碱溶液为NaOH或Κ0Η溶液，其浓度为1.0mol/L?4mol/L。本专利技术中先使用NaOH或Κ0Η溶液加热回流对碳纳米管进行预处理，使得原料中的碳纳米管与碳颗粒等杂质预分离，将碳纳米管分散为较小颗粒，增大了碳纳米管的比表面积，化学反应活性增大。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述步骤2)中，混酸为浓硝酸和浓硫酸的混合溶液，其中浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3?3:1。使用具有强氧化性的混酸在加热回流条件下与碳纳米管反应，进一步使其中的碳颗粒等杂质氧化为C02气体，而碳纳米管由于为稳定的六元环结构，结构基本不受混酸破坏，实现了碳纳米管的纯化过程，且混酸处理能使碳纳米管表面产生羟基和羧基，增加碳纳米管亲水性，使之更易在分散剂水溶液中分散开。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述步骤3)中，超声分散过程中超声波震荡功率密度为0.35w/cm2?0.70w/cm2。在使用混合型分散剂的同时采用超声波震荡，能通过能量冲击和局部高温帮助分散剂打开碳纳米管团聚体，从而使分散更均匀，稳定。上述的碳纳米管分散方法，优选的，所述步骤1)、2)和3)中，过滤均采用真空过滤。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:1)本专利技术的碳纳米管分散方法，将碳纳米管采用的碱预处理后直接在高温混酸条件下处理，由于未经高温煅烧氧化，碳纳米管的稳定结构不会遭到破坏，同时处理时间短，从而确保了碳纳米管在混酸处理过程中不会发生严重氧化而损失掉，最终获得的碳纳米管产出率相对较高。2)本专利技术的碳纳米管分散方法，先使用碱溶液加热回流对碳纳米管进行预处理，使得原料中的碳纳米管与碳颗粒等杂质预分离，将碳纳米管分散为较小颗粒，增大了碳纳米管的比表面积，化学反应活性增大。接着使用具有强氧化性的混酸在加热回流条件下与碳纳米管反应，进一步使其中的碳颗粒等杂质氧化为co2气体，而碳纳米管由于为稳定的六元环结构，结构基本不受混酸破坏，实现了碳纳米管的纯化过程，且混酸处理能使碳纳米管表面产生羟基和羧基，增加碳纳米管亲水性，使之更易在分散剂水溶液中分散开。3)本专利技术的碳纳米管分散方法，采用的混合分散剂比单一分散剂分散效果更好，更稳定，其原因在于阴/非离子表面活性剂复配体系能产生大量混合胶束吸附在碳纳米管表面，通过静电效应各胶束间相互排斥，阻碍了碳纳米管团聚，而阴/阴离子表面活性剂复配体系中两种活性剂能协同作用，发挥静电效应实现分散作用。4)本专利技术的碳纳米管分散方法，在使用一定量配比的混合分散剂的同时采用超声波震荡，能通过能量冲击和局部高温帮助分散剂打开碳纳米管团聚体，从而使分散更均匀，稳定。 5)本专利技术的碳纳米管分散方法获得的分散液具有良好分散性和稳定性，可保持一年以上。此外，本专利技术的分散液干燥后所得碳纳米管粉末仍具有较好分散性，不会重新发生团聚等现象，而且制成易分散的碳纳米管方便运输、减少储存体积。6)本专利技术的碳纳米管分散方法，其分散流程简单，易于操作，所需原料廉价易得，全流程完成时间最多不超过12小时，可实现工业化生产。7)本专利技术的碳纳米管分散方法是在全液相过程中进行，不需要经过反复干燥和高温煅烧，使得获得的碳纳米管产出率相对较高，同时又节省了能耗。8)本专利技术的碳纳米管分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管的分散方法，其特征在于，由以下步骤组成：1)将碳纳米管放入碱溶液中加热至200℃～500℃，回流0.5h～3.0h后，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到7.0～8.0，得到碳纳米管混合液，其中所述碳纳米管与碱溶液的质量比为1:20～40；2)将步骤1)后得到的碳纳米管混合液加入到混酸中，加热至200℃～500℃，回流0.2h～1h，冷却至室温，过滤、水洗至pH值到6.8～7.5，得到纯净的碳纳米管液体，其中碳纳米管混合液与混酸的体积比为1:25～40；3)将步骤2)后得到纯净的碳纳米管液体与分散剂混合，超声分散0.2～7h后，得到分散均匀的碳纳米管分散液，其中纯净的碳纳米管与分散剂的体积比为1:10～20。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪冰峰，段植元，刘岚逸，董婉冰，张晓泳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43