一种碳纳米管的固相纯化方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管的固相纯化方法，包括：将碳纳米管与含氮有机物通过球磨处理进行预混合，得到预混合物；所述预混合物在惰性气氛下进行焙烧。本发明专利技术的碳纳米管的固相纯化方法，能高选择性除去粗制碳纳米管生产过程中残留的过渡金属杂质，避免对碳纳米管管壁的破坏，同时保持了碳纳米管优异的力学和电学性能，工艺简单、纯化效率高、成本低、绿色清洁。绿色清洁。绿色清洁。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管的固相纯化方法


[0001]本专利技术属于碳纳米管的纯化
，具体而言，本专利技术涉及一种碳纳米管的固相纯化方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管是以碳原子形成的六边形晶格为基础的一维量子材料，具有优异的力学、电学、化学和生物学特性，应用前景广阔。传统的碳纳米管制备方法包括：电弧放电法、辉光放电法、激光烧蚀法、固相热解法、化学气相沉积法、气体燃烧法等，其中，化学气相沉积法目前应用较为广泛。然而，化学气相沉积法以过渡金属(Fe、Co、Ni等)作为催化剂制备碳纳米管，制得的碳纳米管通常残留有过渡金属纳米粒子杂质，影响碳纳米管的性能和应用，因此，需要对粗制的碳纳米管进行纯化处理。目前，碳纳米管通常采用液相酸洗法除去碳纳米管中的过渡金属纳米粒子杂质，但是，液相酸洗法存在碳纳米管纯化程度不高、性能降低、产生含酸废水等缺陷。因此，急需开发一种更加高效、绿色清洁的碳纳米管纯化方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前，碳纳米管通常采用液相酸洗法除去碳纳米管中的过渡金属纳米粒子杂质，使用盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸等中的一种或多种的混合酸在超声、H2O2、高锰酸钾或加热条件下与粗制碳纳米管中的过渡金属纳米粒子反应生成可溶性盐，然后经过滤、水洗除去可溶性盐，达到纯化碳纳米管的目的。但是，液相酸洗法只能除去暴露在碳纳米管表面的过渡金属纳米粒子，难以获得高纯的碳纳米管；液相酸洗法反应选择性差，会破坏碳纳米管的管壁结构，降低碳纳米管的力学和电学等性能；液相酸洗法工艺流程繁琐，处理过程中产生大量含酸废水。因此，急需开发一种更加高效、绿色清洁的碳纳米管纯化方法。
[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种碳纳米管的固相纯化方法，该方法能高选择性除去粗制碳纳米管生产过程中残留的过渡金属杂质，避免对碳纳米管管壁的破坏，同时保持了碳纳米管优异的力学和电学性能，工艺简单、纯化效率高、成本低、绿色清洁。
[0005]本专利技术实施例的碳纳米管的固相纯化方法，包括：将碳纳米管与含氮有机物通过球磨处理进行预混合，得到预混合物；所述预混合物在惰性气氛下进行焙烧。
[0006]根据本专利技术实施例的碳纳米管的固相纯化方法带来的优点和技术效果：本专利技术实施例的方法，对生产过程中残留有过渡金属杂质的粗制碳纳米管进行纯化，首先选择含氮有机物与粗制碳纳米管通过球磨进行预混合，含氮有机物与碳纳米管充分混匀，通过机械力打开碳纳米管的部分末端封闭端口，从而将残留的过渡金属纳米粒子暴露出来，有利于含氮有机物与碳纳米管内部金属纳米粒子的充分接触，有利于金属纳米粒子的去除；然后，在惰性气氛下焙烧预混合物，含氮有机物在高温分解过程中能产生CN
x
等挥发性物质，挥发性物质与充分暴露出来的过渡金属纳米粒子反应生成过渡金属的挥发性物质，然后过渡金
属的挥发性物质随惰性气体被带出碳纳米管，从而达到除去过渡金属杂质，纯化碳纳米管的目的，过渡金属杂质的去除率可超过90％，同时该方法能够避免酸处理对碳纳米管管壁的破坏，能够保持碳纳米管优异的力学和电学性能。
[0007]在一些实施例中，所述含氮有机物包括单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、密勒胺中的至少一种。
[0008]在一些实施例中，所述含氮有机物与所述碳纳米管的重量比为0.1:1～300:1。
[0009]在一些实施例中，所述球磨处理的转速为200～350rpm。
[0010]在一些实施例中，所述球磨处理的时间为5～50h。
[0011]在一些实施例中，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。
[0012]在一些实施例中，所述焙烧的温度为500～1200℃。
[0013]在一些实施例中，所述焙烧的升温速率为1～20℃
·
min
‑1。
[0014]在一些实施例中，所述焙烧的时间为1～50h。
[0015]在一些实施例中，所述碳纳米管为化学气相沉积法制得的粗制碳纳米管。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例2的粗制碳纳米管的X射线衍射图。
[0017]图2是本专利技术实施例2的经固相纯化法处理后的碳纳米管的X射线衍射图。
[0018]图3是本专利技术实施例6纯化后的碳纳米管(CNTs)和对比例1纯化后的碳纳米管(A
‑
CNTs)的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
[0019]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0020]本专利技术实施例的碳纳米管的固相纯化方法，包括：将碳纳米管与含氮有机物通过球磨处理进行预混合，得到预混合物；所述预混合物在惰性气氛下进行焙烧。
[0021]根据本专利技术实施例的碳纳米管的固相纯化方法，对生产过程中残留有过渡金属杂质的粗制碳纳米管进行纯化，首先选择含氮有机物与粗制碳纳米管通过球磨进行预混合，含氮有机物与碳纳米管充分混匀，通过机械力打开碳纳米管的部分末端封闭端口，从而将残留的过渡金属纳米粒子暴露出来，有利于含氮有机物与碳纳米管内部金属纳米粒子的充分接触，有利于金属纳米粒子的去除；然后，在惰性气氛下焙烧预混合物，含氮有机物在高温分解过程中能产生CN
x
等挥发性物质，挥发性物质与充分暴露出来的过渡金属纳米粒子反应生成过渡金属的挥发性物质，然后过渡金属的挥发性物质随惰性气体被带出碳纳米管，从而达到除去过渡金属杂质，纯化碳纳米管的目的，过渡金属杂质的去除率可超过90％，同时该方法能够避免酸处理对碳纳米管管壁的破坏，能够保持碳纳米管优异的力学和电学性能。
[0022]在一些实施例中，所述含氮有机物包括单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、密勒胺中的至少一种。本专利技术实施例中，优选了含氮有机物，含氮有机物含氮量高，且能产生更多挥发性的CN
x
物质，有利于提高碳纳米管的纯化效果，降低杂质含量。
[0023]在一些实施例中，含氮有机物优选为二氰二胺。本专利技术实施例中，不同含氮有机物
在高温分解过程中产生的CN
x
种类略有差异，二氰二胺分解产生的CN
x
更易与粗制碳纳米管中的过渡金属纳米粒子表层原子的结合，有利于提高金属杂质的去除效果。
[0024]在一些实施例中，含氮有机物进一步优选为二氰二胺和密勒胺组合形成的含氮有机物，可选地，二氰二胺和密勒胺的质量比为2：1。本专利技术实施例中，二氰二胺和密勒胺两种不同的含氮有机物分解产生的CN
x
间存在协同效应，有利于提高金属杂质纳米粒子的去除效果。
[0025]在一些实施例中，所述含氮有机物与所述碳纳米管的重量比为0.1:1～300:1，优选为1:1～300:1。本专利技术实施例中，优选了含氮有机物的加入量，如果含氮有机物用量过高，会导致碳纳米管表面被氮化碳包裹，降低碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管的固相纯化方法，其特征在于，包括：将碳纳米管与含氮有机物通过球磨处理进行预混合，得到预混合物；所述预混合物在惰性气氛下进行焙烧。2.根据权利要求1所述的碳纳米管的固相纯化方法，其特征在于，所述含氮有机物包括单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、密勒胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的碳纳米管的固相纯化方法，其特征在于，所述含氮有机物与所述碳纳米管的重量比为0.1:1～300:1。4.根据权利要求1所述的碳纳米管的固相纯化方法，其特征在于，所述球磨处理的转速为200～350rpm。5.根据权利要求1所述的碳纳米管的固相纯化方法，其特征在于，所述球磨处理的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军兴，何灿，宫晨皓，任晓晶，张健，何沛然，张忠国，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院资源环境研究所，
类型：发明
国别省市：