CN101191017B - 一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备 - Google Patents
一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备 Download PDFInfo
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Abstract
一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,涉及一种聚苯胺复合物的制备,方法包括下述步骤:将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温;再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀;在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附,随后降温,冰水冷却降温;向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合;反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色;继续反应,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。具有较好电导率、热稳定性和加工成型性。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯胺复合物的制备,特别是涉及一种制备聚苯胺/MCM-41介孔分子筛复合物的方法。
背景技术
聚苯胺早在1862年就已经被H.Letheby发现,但此后的一百多年里,一直是作为染料来研究和使用。但自1983年MacDiarmid等人首次合成出较高电导率(5~10S·cm-1)的聚苯胺粉末以来,聚苯胺才被作为导电材料来重新研究。与聚苯胺相关的理论研究主要集中在其合成过程中各种影响因素,合成产物的性质、表征和电磁化学特性等,还有关于聚苯胺的掺杂和导电机理等方面。作为一种新型的有机高分子导电材料,聚苯胺具有金属不可比拟的优点,其分子具有可设计性,化学可变性大,原材料来源广泛、价廉易得,同时还具有良好的性能,尤其是其独特的氧化-还原性、催化性、质子交换性和光电转换性,在许多领域有其是环境领域内显示出广泛的应用前景。由于其分子链的特殊性,使得导电聚苯胺不溶不熔,难于进行成型加工,限制了其在技术上的广泛应用,至今未能实现大规模工业化。目前聚苯胺以应用为目标已经成为该领域最迫切、最吸引人的研究内容。
1992年,M41S系列分子筛的合成的实现,开创了介孔分子筛研究的新方向。MCM-41分子筛的出现是分子筛发展的一个新飞跃,其独特的分子结构及性能引起了分子筛及催化学界的广泛关注。MCM-41不仅在炼油催化,而且在吸附、分离、生化与纳米功能材料等领域都具有广阔的应用前景。目前的M41S系列包括MCM-41(六方一维孔道)、MCM-50(层状结构)等,及在此基础上改进合成的SBA-1(三维孔道)、SBA-2(三维立方)、SBA-3(酸性反应条件下所得的类似MCM-41结构)、HMS(六方孔道,大骨架,短程有序,S0L0反应途径)、MSU-V(层状泡沫结构)、MSU-X(虫状无序介孔结构)、SBA-15(大孔材料,孔径4.6-30.0nm,壁厚3.1-6.4nm)等众多成员。
聚苯胺(PANI)由于分子结构多样化、特殊掺杂机理、环境稳定性好、电荷贮存能力强、电导率高、单体价廉易得、制备工艺简单、实用化前景好等优点,使它成为目前导电高分子领域中人们瞩目的焦点。但是PANI加工困难,严重限制了其应用。为了进一步提高其性能,拓宽其新的用途,人们一方面致力于寻找新的原料,另一方面制备聚苯胺复合物的研究也日趋增多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯胺/MCM-41介孔分子筛复合物的制备方法。该方法采用化学氧化法合成导电聚苯胺/MCM-41介孔分子筛复合物,该方法将MCM-41分子筛分散在溶液体系中,苯胺分散在体系中,吸附在分子筛表面,以分子筛为核,在氧化剂的作用下,生成新型聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料,制备出的复合导电材料具有较好电导率、热稳定性和加工成型性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其制备方法包括如下步骤:
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温;再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀;在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附,随后降温,冰水冷却降温;向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合;反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色;继续反应,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的化学氧化法包括原位聚合、聚合物包覆法和插层聚合法。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的氧化剂为过硫酸铵或氯化铁氧化剂。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的分散方式为机械搅拌或超声分散。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的苯胺/过氧化物的比例从1∶2到2∶1。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的盐酸的浓度为0.5mol/L~2.0mol/L。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的原位聚合反应的温度为0℃~20℃。
如上所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,所述的苯胺在分子筛表面的反应时间为2小时~6小时。
本发明的优点与效果是:
本发明改善了聚苯胺的加工问题,同时利用分子筛的优异性能,制备具有较好电导率、热稳定性和加工成型性的新型聚苯胺/MCM-41(MCM-48)介孔分子筛复合导电材料,在导电材料、纳米元件等方面有较好的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
本发明以分子筛为基体,苯胺吸附在分子筛表面进行化学氧化聚合制备新型聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
实施例1
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.0mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附2小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.107s/cm。
实施例2
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.5mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附2小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.056s/cm。
实施例3
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为2.0mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附3小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为1.304s/cm。
实施例4
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为2.0mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附3小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.020s/cm。
实施例5
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为2.0mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附4小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为2∶1。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.015s/cm。
实施例6
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.5mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附4小时,随后降温,冰水冷却降温至0℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.055s/cm。
实施例7
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.0mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附5小时,随后降温,冰水冷却降温至20℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.042s/cm。
实施例8
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.5mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附5小时,随后降温,冰水冷却降温至20℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶2。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.557s/cm。
实施例9
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温。再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀,盐酸浓度为1.5mol/L。在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附6小时,随后降温,冰水冷却降温至20℃。向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合,苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1。反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色。继续反应2.5小时,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为0.082s/cm。
实施例10
将新蒸苯胺溶于1.5mol/L的盐酸中,磁力搅拌后将过硫酸铵溶解于盐酸中,边搅拌,边滴加于苯胺溶液中。继续搅拌2小时后,停止反应。先后用盐酸和去离子水离心清洗,至滤液无色后真空干燥,得墨绿色的盐酸掺杂聚苯胺,向盐酸掺杂的聚苯胺水溶液中加入MCM-41,磁力搅拌,先后用1.5mol/L的盐酸和去离子水离心清洗,至滤液无色,真空干燥,得墨绿色的聚苯胺/MCM-41介孔分子筛纳米导电复合物。
将所得复合粒子压片,片厚约为0.8mm,用四探针法进行电导率测试,其电导率为2.682s/cm。
Claims (6)
1.一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,其制备方法包括下述步骤:
将MCM-41介孔分子筛置于四口烧瓶中,加入三蒸水,超声分散,磁力搅拌升温;再将新蒸苯胺与盐酸充分混合均匀;在氮气保护下将单体溶液滴入分子筛水分散溶液中,磁力搅拌分散吸附,随后降温,冰水冷却降温;向上述体系中滴加过硫酸铵水溶液引发聚合;反应体系颜色由灰蓝到蓝绿,最后为墨绿色;继续反应,反应结束后用G4砂芯漏斗抽滤,之后依次用无水乙醇、去离子水洗涤至滤液无色,再抽滤,干燥后研细得墨绿色粉末,即是聚苯胺/介孔分子筛复合导电材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,所述的氧化剂过硫酸铵或为氯化铁。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,所述的苯胺/过硫酸铵的比例从1∶2到2∶1。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,所述的盐酸的浓度为0.5mol/L~2.0mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,所述的原位聚合反应的温度为0℃~20℃。
6.根据权利要求1所述的一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备,其特征在于,所述的苯胺在分子筛表面的反应时间为2小时~6小时。
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