一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法，包括以下步骤：（1）制备碳纳米管标准储备液；（2）采用有机碳/元素碳分析仪测定所述碳纳米管标准储备液的标准浓度；（3）采用步骤（1）制备得到的碳纳米管标准储备液，分别稀释配置成不同浓度的溶液，根据各稀释后溶液的浓度和在特征峰处的对应吸光度值进行线性回归，建立碳纳米管稳定悬浮液的标准工作曲线；（4）测定待测碳纳米管稳定分散水溶液在特征峰处的吸光度值，根据步骤（3）中建立的工作曲线，计算其浓度。采用本发明专利技术方法能准确测定稳定悬浮液中碳纳米管浓度，对促进碳纳米管在各领域的深入应用及其在水中环境行为的研究有重要的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种利用有机碳/元素碳分析—分光光度法联合测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法。
技术介绍
碳纳米管（Carbonnanotubes，CNTs）具有独特的微纳结构和优越的理化性质，是当今纳米
应用最为广泛的新型纳米材料之一，在电子信息、生物医学、新能源及环境保护领域等诸多领域都有着巨大的应用前景。由于碳纳米管粒径极小，比表面积巨大，管间具有很强的范德华力，因此其在水中易出现缠结聚集现象。这种特殊的疏水效应，导致碳纳米管在水中直接分散的效果较差，因而限制了其在多个领域中的直接应用。鉴于此，实际应用中，碳纳米管往往先被制备成稳定分散水溶液再加以使用。常用的碳纳米管稳定分散水溶液制备方法主要为表面活性剂-超声振荡法：即，先将碳纳米管粉末与适量的表面活性剂（一般为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等）溶液混合，再将混合液投加于超纯水中，超声震荡足够长的时间，后过滤去除未分散的碳纳米管固体，滤出液即为碳纳米管稳定分散水溶液。同时，随着碳纳米管越来越广泛地应用，其在制备、使用以及废弃过程中，也极可能泄露进入天然水环境中。现有毒理学研究表明，碳纳米管具有显著的生物毒性，可对各类水生生物、植物和人体细胞产生负面影响，因此被定义为一种新兴的水体污染物质。碳纳米管进入水环境后，可与水体中已存在的各类杂质发生相互作用，并形成稳定悬浮液，长时间停留在水中，从而增加其环境风险。因此，以碳纳米管稳定分散水溶液为对象，开展关于碳纳米管在水中环境行为和生态环境效应的研究也成为当前环境科学领域的研究热点。而稳定分散水溶液中碳纳米管浓度的定量分析，则是其应用及相关领域科学研究的基础。刘信勇等人（中国科技论文在线，2009，人工碳纳米材料悬浊液的制备及其浓度测定方法）采用重量法和TOC法测定碳纳米管稳定分散水溶液的浓度。但是重量法在恒重过程中操作繁琐、易引入外源误差；碳纳米管稳定分散液制备过程中，分散率较低，存在大量的碳纳米管团聚体会在较短时间内沉降，需加以去除；这些都是的使得重量法的测定精度难以得到保障，可操作性差。TOC法测定的是悬浮液中的总碳，包含总有机碳和总无机碳；而此方法难以准确排除制备过程中引入的表面活性剂、或碳纳米管进入水体后吸附的有机杂质干扰，存在原理上的缺陷，并不能准确表征悬浮液中碳纳米管的浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能准确测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法，包括以下步骤：（1）制备碳纳米管标准储备液；（2）采用有机碳/元素碳分析仪测定所述碳纳米管标准储备液的标准浓度；（3）采用步骤（1）制备得到的碳纳米管标准储备液，分别稀释配置成不同浓度的溶液，根据各稀释后溶液的浓度和在特征峰处的对应吸光度值进行线性回归，建立碳纳米管稳定悬浮液的标准工作曲线；（4）测定待测碳纳米管稳定分散水溶液在特征峰处的吸光度值，根据步骤（3）中建立的工作曲线，计算其浓度。其中，步骤（2）中碳纳米管标准储备液的标准浓度的计算公式为：；式中，CCNT为待测碳纳米管稳定液浓度，S样膜为样膜面积,V样品为样品取样体积；EC1、EC2、EC3分别为所述有机碳/元素碳分析仪三个有氧加热升温阶段对应的元素碳值；OPC为裂解碳的生成量。步骤（3）中特征峰波长为500-900nm，优选500nm。步骤（3）中建立的碳纳米管稳定悬浮液的标准工作曲线为；式中，x为碳纳米管悬浮液浓度，y为碳纳米管悬浮液在500nm处的吸光度值。步骤（1）中碳纳米管标准储备液的制备过程为：称取15mg碳纳米管与10mL十二烷基硫酸钠水溶液混合，加入200mL超纯水，超声分散6次，每次超声20分钟，间歇10分钟，以此循环6次；悬浮液用8μm滤膜过滤，将所得滤液进行减压蒸发浓缩，即为碳纳米管标准储备液；所述十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为1000mg/L。本专利技术利用有机碳/元素碳分析仪测定稳定悬浮液中碳纳米管的标准浓度，其工作原理如下：①在热光炉中，先通入氦气气流，在无氧的气氛下程序升温，逐步加热样品，使样品中有机碳挥发，经催化氧化炉转化生成的CO2；②然后通入2%氧/氦混合气，在有氧气氛下继续加热升温，使得样品中的元素碳完全氧化成二氧化碳(CO2)；③无氧加热释放的有机碳生成的CO2和有氧加热时段生成的CO2，均在还原炉中被还原成甲烷(CH4)，再由火焰离子化检测器（FID）定量检测；④无氧加热时的焦化效应可使部分有机碳转变为裂解碳（OPC），为检测出OPC的生成量，用633nm激光全程照射样品，测量加热升温过程中反射光强的变化，并以初始光强作为参照，准确确定OC和EC的分离点。有机碳/元素碳分析法测定过程中，4个无氧加热升温阶段相对应的碳为：OC1、OC2、OC3、OC4；3个有氧加热升温阶段对应的碳为：EC1、EC2、EC3。其中，EC1中包含了OPC。检测样品对633nm的激光的反射光强的变化，将反射光强回到初始光强的时刻定义为EC的起始点，从EC1中分离出OPC。最终，样品的有机碳总量（TOC）被定义为OC1、OC2、OC3、OC4、OPC之和，元素碳总量（TEC）被定义为EC1、EC2、EC3之和减去OPC。稳定悬浮液中碳纳米管浓度可由有机碳/元素碳热光分析法测定的元素碳（TEC）值计算获得；而表面活性剂等有机物干扰物浓度则存在于有机碳总量（TOC）中。获得稳定悬浮液中碳纳米管的标准浓度后，将其稀释为不同浓度梯度标准溶液，后采用分光光度法确定最优吸收波长，并绘制标准工作曲线。待测样品通过测定分光光度值后，比照标准工作曲线即可得到其中准确的碳纳米管浓度。具体步骤如下：（1）取适量高纯碳纳米管（≥97%）与十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液混合，经超声分散后，用8μm滤膜过滤，并对滤液进行减压蒸发浓缩，浓缩液即为碳纳米管稳定分散液标准储备液；（2）开启有机碳/元素碳分析仪(DRIModel2001A)，直至仪器各项指标达到标准值，使仪器进入待测状态；（3）用取样切刀在石英纤维膜上切取小块样膜，将膜放入进样器内进行预分析，消除空白膜上的原始有机碳和元素碳干扰；（4）杂质去除结束后，取出空白膜，用微量移液器移取一定量的碳纳米管稳定储备液至空白膜上，室温干燥后重复步骤（3）进行样品分析；（5）将仪器分析的数据，代入公式：，计算即得碳纳米管稳定储备液体积浓度；公式中，CCNT为待测碳纳米管稳定液浓度，S样膜为样膜面积（cm2）,V样品为样品取样体积；（6）将已知浓度的碳纳米管稳定分散标准储备液稀释不同倍数，在紫外光波长为500～900nm（特征峰）处分别测定各浓度碳纳米管稳定悬浮液吸光度，对稀释后的浓度值和相应吸光度值进行线性回归，建立工作曲线，选取相关性最佳的波长，以此波长下的工作曲线为标准，即得碳纳米管稳定悬浮液的浓度标曲；（7）取待测碳纳米管悬浮液，利用分光光度计在步骤（6）中选取的最佳波长下测定其吸光度，代入步骤（6）中的工作曲线，即得待测碳纳米管稳定悬浮液浓度。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术采用有机碳/元素碳分析仪进行碳纳米管悬浮液标准浓度的测定，能有效排除杂质的干扰，仪器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备碳纳米管标准储备液；（2）采用有机碳/元素碳分析仪测定所述碳纳米管标准储备液的标准浓度；（3）采用步骤（1）制备得到的碳纳米管标准储备液，分别稀释配置成不同浓度的溶液，根据各稀释后溶液的浓度和在特征峰处的对应吸光度值进行线性回归，建立碳纳米管稳定悬浮液的标准工作曲线；（4）测定待测碳纳米管稳定分散水溶液在特征峰处的吸光度值，根据步骤（3）中建立的工作曲线，计算其浓度。

【技术特征摘要】
1.一种测定碳纳米管稳定分散水溶液浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备碳纳米管标准储备液；（2）采用有机碳/元素碳分析仪测定所述碳纳米管标准储备液的标准浓度；（3）采用步骤（1）制备得到的碳纳米管标准储备液，分别稀释配置成不同浓度的溶液，根据各稀释后溶液的浓度和在特征峰处的对应吸光度值进行线性回归，建立碳纳米管稳定悬浮液的标准工作曲线；（4）测定待测碳纳米管稳定分散水溶液在特征峰处的吸光度值，根据步骤（3）中建立的工作曲线，计算其浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中碳纳米管标准储备液的标准浓度的计算公式为：；式中，CCNT为待测碳纳米管稳定液浓度，S样膜为样膜面积,V样品为样品取样体积；所述EC1、EC2、EC3分别为所述有机碳/元素碳分析仪三个有氧加热升温阶段对应的元素碳值...

【专利技术属性】
技术研发人员：方华，章婷婷，杨嘉惠，丁晓磊，曹惠忠，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32