本发明专利技术涉及碳纳米管分离技术，尤其是一种碳纳米管的分离方法，包括以下步骤：取碳纳米管置于酸性溶液中进行酸化处理；将所述酸化处理后的碳纳米管配成碳纳米管分散液；将所述碳纳米管分散液添加到含有填料基质的色谱柱中，然后向所述色谱柱添加一种洗脱液或两种以上的洗脱液组合，在所述色谱柱末端分批收集流出液，实现不同管径大小碳纳米管的先后分离。本发明专利技术以酸化处理粗制碳纳米管减少或去除碳管表面金属催化剂颗粒物为前提条件，利用常用色谱柱分离方法能够分离不同管径金属性碳纳米管，其操作简便、设备低廉，易于实现碳纳米管的大量、低成本分离，有望发展成为对金属性碳纳米管进行选择性、规模化分离的一种有效途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管分离技 术，尤其涉及一种从单壁碳纳米管中分离出不同管径分布金属性碳纳米管的分离方法。
技术介绍
单壁碳纳米管(Single-WalledCarbon Nanotubes, SWCNTs)具有优异的电学性能，在纳米光电器件、传感器、触摸显示用透明导电薄膜等领域有着广阔的应用前景。但现有常用手段制备的SWCNTs基本都是金属性和半导体性碳纳米管的混合物，限制了金属性和半导体性碳纳米管在各自领域的应用。因此金属性和半导体性碳纳米管的有效分离技术成为目前SWCNTs实际应用中的热点。随着分离技术的不断发展，近几年来，单壁碳纳米管的分离技术焦点转向了更为细致的管径及手性的分离。现有的手性分离技术大多是对于半导体性碳纳米管而言的，一方面是因为现有制备手段制备出适于分离的碳管中半导体性碳管含量相对较高，分离起来可操作性强；另一方面是因为半导体性碳管的手性种类比较丰富。而与半导体性碳管相比，金属性碳管含量较低，且手性种类少，管径分布窄，相对难于实现分离，因此对于金属性碳纳米管的管径分离技术鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属性碳纳米管的管径选择性分离技术，利用廉价设备及简便工序，实现在短时间内能够大量、有效、低成本地分离出粗制碳纳米管中的不同管径分布金属性碳纳米管。这种碳纳米管的分离方法，包括以下步骤步骤一取碳纳米管置于酸性溶液中进行酸化处理；步骤二 将所述酸化处理后的碳纳米管配成碳纳米管分散液；步骤三将所述碳纳米管分散液添加到含有填料基质的色谱柱中，然后向所述色谱柱添加一种洗脱液或两种以上的洗脱液组合，在所述色谱柱末端分批收集流出液，实现不同碳纳米管的先后分离。还包括步骤四用所述一种洗脱液或两种以上洗脱液的组合对所述色谱柱进行反复淋洗；以及，步骤五重复上述步骤一 步骤四，实现碳纳米管宏量分离。其中，用于酸化处理的所述酸性溶液是能够溶解金属催化剂的无机酸或有机酸的任意一种或两种以上组合的水溶液。色谱柱中的所述填料基质一般以高分子凝胶为佳，可以采用葡聚糖系列、琼脂糖系列、琼脂糖-葡聚糖系列、聚丙烯酰胺系列、葡聚糖-聚丙烯酰胺系列、聚乙烯醇系列、聚苯乙烯系列以及聚甲基丙烯酸羟乙脂凝胶中的任意一种或两种以上组合。为达到分离效果，所述填料基质、所述洗脱液、洗脱液的组合和/或碳纳米管分散液中含有表面活性剂。其中，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂中的任意一种。进一步地，所述阴离子表面活性剂为碳链10 14的直链烃基硫酸盐；或者，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、胆酸钠、脱氧胆酸钠中的任意一种或两种以上的组合；所述非离子表面活性剂包括聚乙二醇辛基苯基醚系列。为扩大对碳纳米管分离的规模，或提高分离的精度和纯度，色谱柱可为单根单联、也可以是串联或并联设置的两根以上的色谱柱系列。为使碳纳米管在表面活性剂溶液中获得良好的分散效果，所述碳纳米管分散液的配制时是通过超声波、研磨、球磨、剪切搅拌方式中的一种或两种以上的组合操作，进行分散的。与现有技术相比，本专利技术的积极效果在于本专利技术以酸化方式处理粗制碳纳米管减少或去除碳管表面金属催化剂颗粒物为前提条件，利用不同直径金属性碳纳米管对色谱柱填料介质的吸附强度差异，使用常用色谱柱分离碳纳米管，因而操作简便、设备低廉，易于实现碳纳米管的大量、低成本分离，有望发展成为对金属性碳纳米管进行规模化、选择性分离的一种有效途径。附图说明图I是本专利技术实施例中未酸化处理的碳纳米管扫描电镜图(a)及透射电镜图(b)。图2是本专利技术实施例中经过酸化处理的碳纳米管的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例中酸化处理的碳纳米管分散液从色谱柱末端流出后的各组分吸收光谱图。图4是本专利技术实施例中未酸化处理的碳纳米管分散液从色谱柱末端流出后的各组分吸收光谱图。图5是本专利技术实施例中酸化处理的碳纳米管分散液从色谱柱末端流出后的各组分在633nm激发下的拉曼光谱图(a)和不同管径金属性碳纳米管在532nm激发下的拉曼光谱图(b)。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作详细说明。本专利技术提供一种用于分离不同管径大小的金属性碳纳米管的方法，其中较为重要的工序涉及到碳纳米管(CNT)分散液的配制、色谱柱分离和分析表征等几个方面。下面先对这几方面的技术方案作简要说明(I) CNT分散液的配制现阶段所制备CNT处于从几十根到几百根的缠绕成束状态，需要在对CNT选择性 分离之前将其分散成单根CNT。因而，有必要添加表面活性剂对CNT实施充分的分散处理，形成孤立并分散的CNT。制成的CNT分散液中包含单根分散的CNT和未被单根分散而形成成束的CNT以及CNT制备过程中所生成的无定形碳和金属催化剂等副产物。为减少副产物的产生，可采用超声波、研磨、球磨、剪切搅拌等各种物理分散方法配合制备该CNT分散液。其中采用超声波处理为佳。将经过分散处理后的CNT分散液进行离心，沉淀除去成束状CNT、无定形碳和金属催化剂等后，得到含有表面活性剂的单根分散CNT分散液，成为供色谱柱分离的母液。(2)色谱柱分离方法向常用的色谱柱中添加选定的填料基质，再从色谱柱顶部入口加入CNT分散液，根据不同管径大小的金属性CNT与填料基质之间的不同吸附强度，利用选定的洗脱液洗脱，可先后分离出不同管径分布的金属性CNT。再向色谱柱中添加一种或几 种混合组分的洗脱液，通过改变洗脱液的种类、浓度或组分的相对含量，可分批收集从色谱柱中流出的不同性质的CNT富集流出液。调整色谱柱的柱子长度和柱子管径，或将几根色谱柱串联或并联使用分离碳纳米管，可实现各种CNT的精度、宏量分离。(3)分析表征采用石英等容器取采集到的流出液进行测试，或者在色谱柱分离过程中直接对流出液进行吸收光谱测试。对于金属性和半导体性CNT的分析，可以利用紫外-可见-近红外吸收光谱的测试方法推测出金属性和半导体性CNT的吸收光谱带，或者利用拉曼光谱测试方法分析不同性质CNT由来光谱特征峰而获取表征结果。另一方面、CNT吸收光谱带(Mn、Sn、S22)随测定CNT的直径变化而变化，当CNT直径变细，向短波长方向移动；当CNT直径变粗，向长波长方向移动。因此，根据吸收光谱变化也可以推断出分批收集的CNT直径的变化。以下结合较佳实施例对本专利技术的技术方案作详细说明。步骤一酸化处理。取市售Hipco-CNT 2. 5g添加到6mol/L盐酸溶液中在超声波清洗机中超声lOmin，然后过滤。再往过滤后的CNT中加入lmol/L盐酸，搅拌6小时，过滤后待用。由于粗制的碳纳米管中含有相当数量的金属催化剂颗粒，如图Ia所示，这些金属催化剂会影响洗脱液对金属性碳纳米管曲率半径的识别能力，因此需要在分离操作前通过酸化处理去除。经过酸化处理的CNT表面通过扫描电镜可看到，金属催化剂颗粒有了明显减少，如图2所示。步骤二 配合表面活性剂水溶液，将所述酸化处理后的CNT配成CNT分散液。取酸化处理后的CNT，用质量浓度为I %十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液配制成浓度为0. 3mg/ml的CNT-SDS混合液。再采用超声波细胞破碎仪在40W的功率下超声2h，之后离心(20，OOOXg, 10h，20°C )，取上清液，得到经过酸化处理后CNT分散液(第一分散液)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李清文，檀付瑞，李红波，张静，金赫华，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。