一种水溶性碳纳米管的制备方法技术

本发明专利技术涉及的水溶性碳纳米管的制备方法，是基于双偶氮染料分子对碳纳米管的非共价表面修饰来实现碳纳米管的高水溶性和有效剥离的一种低损伤物理方法。该方法以偶氮染料、碳纳米管和水为原料，将商品化碳纳米管纯化后用水洗涤至中性并烘干，然后将得到纯化碳纳米管和过量的偶氮染料混合均匀，然后用常规的物理研磨或超声分散方法使碳纳米管充分溶解或分散。用本发明专利技术制备的碳纳米管的水溶性好、剥离率高，又由于偶氮染料对碳纳米管的选择性溶解，该方法也可用于碳纳米管的纯化和分离，而且偶氮染料价格便宜、稳定性和生物相溶性好。该方法工艺简单、条件温和、工艺参数较易控制，这些将极大地促进该水溶性碳纳米管的大规模工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性碳纳米管的制备方法
本专利技术涉及一种基于双偶氮染料分子非共价修饰制备水溶性碳纳米管的方法，适用于该碳纳米管的溶解、纯化、分离、衍生和后续的实际应用。
技术介绍
自从1991年被发现以来，碳纳米管就以其独特的结构、电学、力学和光学特性及其在纳米
潜在的广泛应用前景而受到众多研究者的青睐。几乎每个可能的实际应用都要求碳纳米管具有良好的溶解或分散性能。然而，工业上大规模合成的碳纳米管往往含有包括催化剂和各种无定形碳在内的各种杂质。而且，由于碳纳米管之间存在极强的管间范德华引力和碳纳米管本身所具有的较大的比表面，碳纳米管多以大量单根碳纳米管并排形成的束状形式存在，使得碳纳米管几乎不溶于所有的溶剂，这极大地限制了碳纳米管的实际应用。因此，碳纳米管的溶解或分散技术一直是碳纳米管基础研究的热门领域。碳纳米管的分散或溶解方法有两大类：一类是通过各种化学共价修饰方法对碳纳米管的侧壁或开管后的端口进行共价衍生，实现其溶解分散或有效剥离，这种方法虽然溶解度好，剥离效率高，但会破坏碳纳米管本身的完美结构从而影响其各种优良性能，而且处理过程复杂难以控制；另一类是用各种非共价修饰方法，通过聚合物或小分子聚集体(如表面活性剂胶束)对碳纳米管的包裹而实现其溶解分散和剥离，这类方法对碳纳米管的损伤小，基本上保持其原有性能，但往往具有溶解度小、稳定性差和剥离效率低的缺点，而且有些方法需要昂贵的特定合成试剂。所有这些不利因素都极大地限制了碳纳米管的大规模实际应用。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的这些问题，使碳纳米管得到更好的应用，本专利技术提供了一种全新的基于双偶氮染料分子对碳纳米管的非共价表面修饰来实现碳纳米管的高水溶性和有效剥离的碳纳米管的制备方法，用该方法制备的碳纳米管不但具有共价修饰方法的高水溶性和高剥离效率的特点，还具有非共价修饰方法的低损伤特性，而且该方法本身具有成本低廉、工艺简单、便于大规模工业应用等优点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：以偶氮染料、碳纳米管和水为-->原料，按如下步骤制备：(1)用常规方法将商品化碳纳米管纯化，用水洗涤至中性并烘干，得到纯化碳纳米管。(2)将所得的纯化碳纳米管和过量的偶氮染料混合均匀，然后用常规的物理研磨或超声分散方法使碳纳米管充分溶解或分散。(3)将得到的混合物经水洗除去过量游离态染料分子，得水溶性碳纳米管。其中偶氮染料是刚果红或具有类似结构的双偶氮染料。上述方法适合制备单壁、双壁和多壁碳纳米管。由于用上述方法制备的碳纳米管束能被有效地剥离成单根碳纳米管，碳纳米管的水溶性好，所以相对于化学共价修饰方法而言具有低损伤性的优点，而相对于现有的非共价方法而言具有更好的溶解性和剥离效率。又因偶氮染料对碳纳米管的选择性溶解，该方法也可用于碳纳米管的纯化和分离，而且偶氮染料价格便宜、稳定性和生物相溶性好。因此这种水溶性碳纳米管能在碳纳米管的纯化、溶解或分散、分离和化学或物理衍生等方面得到广泛应用。从操作步骤可以看出本专利技术制备工艺简单、条件温和、工艺参数较易控制，这些有利条件也将极大地促进该水溶性碳纳米管能被大规模工业应用。附图说明附图为各种碳纳米管的溶解性能对比图。(a).碳纳米管+水；(b).碳纳米管+N，N-二甲基甲酰胺(DMF)；(c).碳纳米管+刚果红+水；(d).碳纳米管+刚果红+DMF；(e).(c)经水洗除去游离态刚果红；(f).(e)中水溶性碳纳米管完全干燥后在水中的重新分散；(g).碳纳米管+十二烷基硫酸钠(SDS)+水具体实施方式实施例1将商品化碳纳米管经2.6mol/L稀硝酸48小时回流纯化，用水洗涤至中性并烘干，再把所得的纯化碳纳米管和过量的双偶氮染料混合均匀后研磨2小时，所得的碳纳米管和偶氮染料的混合物可以完全溶于水，其中过量游离态的偶氮染料可以用水洗涤除去而不降低碳纳米管的水溶性。实施例2将商品化碳纳米管经2.6mol/L稀硝酸48小时回流纯化，用水洗涤至中性并烘干，所得的纯化碳纳米管和过量的双偶氮染料混合均匀后溶适量于水中，并-->在高功率超声仪中超声至无固体残留，其中过量游离态的偶氮染料可以用水洗涤除去而不降低碳纳米管的水溶性。下面结合附图说明本专利技术所提供的非共价修饰制备的水溶性碳纳米管在水中优良的溶解性能。从图中可以很清楚地看到，虽然经过稀硝酸的48小时回流纯化处理，碳纳米管在水中仍完全不溶(附图中(a))；当用DMF这种常用有机溶剂分散碳纳米管时，绝大部分碳纳米管都沉降下来，只有极少量溶解于其中(附图中(b))；而经过刚果红处理的碳纳米管在水中则完全溶解，且溶解度高达3.5mg/ml(附图中(c))；但刚果红处理的碳纳米管在DMF中几乎不溶(附图中(d))；与此同时，当过量的游离态刚果红经水洗涤除去后，碳纳米管的溶解性能几乎不受影响(附图中(e))；有趣的是，无游离态刚果红存在时，溶解在水中的碳纳米管完全干燥后彻底丧失了其优良的水溶性(附图中(f)；作为对比，在世界上最广泛使用的十二烷基硫酸钠(SDS)这种阴离子表面活性剂被用于分散经过纯化的碳纳米管，但是仍只有极少量的碳纳米管溶解在水中(～0.1mg/ml)，其溶解度远远低于本专利技术所制备的水溶性碳纳米管(3.5mg/ml)(附图中(g))。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性碳纳米管的制备方法，其特征在于：以偶氮染料、碳纳米管和水为原料，按如下步骤制备：（１）用常规方法将商品化碳纳米管纯化，用水洗涤至中性并烘干，得到纯化碳纳米管。（２）将所得的纯化碳纳米管和过量的偶氮染料混合均匀，然后 用常规的物理研磨或超声分散方法使碳纳米管充分溶解或分散。（３）将得到的混合物经水洗除去过量游离态染料分子，得水溶性碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性碳纳米管的制备方法，其特征在于：以偶氮染料、碳纳米管和水为原料，按如下步骤制备：(1)用常规方法将商品化碳纳米管纯化，用水洗涤至中性并烘干，得到纯化碳纳米管。(2)将所得的纯化碳纳米管和过量的偶氮染料混合均匀，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡胜水，胡成国，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]