CN103342836A - 水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法 - Google Patents

水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法 Download PDF

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水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法，涉及碳纳米管的生产技术领域，本发明利用超分子技术，以水作为溶剂，以羟丙基环糊精为增溶剂，先生成水溶性环糊精-碳纳米管复合物，再经超声均匀化处理、蒸发、干燥后，制备了一种水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物。本发明无需对原料碳纳米管进行酸碱预处理，不破坏碳纳米管自身的结构。

Description

水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纳米管的生产技术领域。
背景技术
环糊精(Cyclodextrin，简为CD)首次发现于1891年，是环糊精葡萄糖转移酶作用淀粉的产物。迄今为止，研究得较多且具有实际应用价值的是羟丙基环糊精，它价格低廉，产量较高，因此被广泛应用，此外这类环糊精具有一定尺寸的空腔，腔内疏水，可以选择性地与多种客体分子发生包合，形成超分子化合物。正是由于环糊精的这种特质，使其在理论研究和实际应用中都获得迅速发展，目前，在工业、农业、食品、医药、分离技术和环境保护等方面都已广泛运用。
碳纳米管可以看成石墨网面以某一方向为轴，卷曲360°形成的无缝中空管。由单层石墨层状结构卷曲而成的管称为单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotube，简称SWCNT）；由两层或者多层石墨层卷曲而成的通心管称为多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotube，简称MWCNT）。碳纳米管直径和长度以及结构随不同的制备方法及条件的变化而不同，从而影响到碳纳米管的物理性能。如碳纳米管可以因直径或者手性的不同呈现很好的金属导电性或半导体性。碳纳米管既可作为最细的导线被用在纳米电子学器件中，也可以被制成新一代的量子器件。碳纳米管还可用作扫描隧道显微镜或原子力显微镜的探针。尤其是碳纳米管的顶端很锐，有利于电子的发射，它可用做电子发射源，推动壁挂电视的发展。此外，碳纳米管的强度比钢高100多倍，这是目前可制备出的具有最高比强度的材料；同时碳纳米管还具有极高的韧性，十分柔软。它被认为是未来的“超级纤维”，是复合材料中极好的加强材料。总而言之，碳纳米管的特性是强度高、韧性好、质量轻、性能稳定、柔软灵活、导热性好、比表面积大，此外还有许多吸引人的电子性质。
由于碳纳米管特殊的结构、电学性能、力学性能在纳米材料中受到人们广泛地关注与研究。但是在溶液中（特别在水相中），它们的使用通常会被其难溶性所限制。因此将如何将碳纳米管在水中分散的研究成为了近年来人们研究的一个热点。通常将碳纳米管在水中分散的方法是在材料表面利用化学改性的共价键方法进行修饰提高其亲水性，然而利用这些方法不但会对环境造成污染，也不能使碳材料具备一些特殊的功能，所以如何利用简便的方法将碳管增溶与功能化，还是一个重要的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提出一种羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法，所要解决的技术问题是在不破坏碳纳米管自身结构的前提下，解决碳纳米管在水中的分散和稳定。
本发明包括以下步骤：
1）将羟丙基环糊精和碳纳米管溶于水中，经搅拌，取得黑色溶液；
2）将黑色溶液在常温下超声振荡后，取得稳定的碳纳米管水溶液；
3）将碳纳米管水溶液进行旋转蒸发，蒸馏至粘稠状，再经真空干燥后取得黑色固体，即水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物。
本发明利用超分子技术，以水作为溶剂，以羟丙基环糊精为增溶剂，先生成水溶性环糊精-碳纳米管复合物，再经超声均匀化处理、蒸发、干燥后，制备了一种水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物。本发明对原料碳纳米管无需进行酸碱预处理，不破坏碳纳米管自身的结构。
本发明有益效果在于：在超声条件下，通过羟丙基环糊精与碳纳米管之间的非共价键相互作用，能够在水中形成稳定、均匀分散的复合物溶液，将本发明方法制备的羟丙基环糊精-碳纳米管复合物置于水中，水溶液中含有1～50wt%的羟丙基环糊精，1～100mg/mL的碳纳米管。本发明操作简便，条件易控，可以实现工业化。
本发明所述羟丙基环糊精为羟丙基-α-环糊精、羟丙基-β-环糊精、或羟丙基-γ-环糊精中的一种。
本发明所述碳纳米管为单壁碳纳米管，或多壁碳纳米管。
本发明所述碳纳米管的直径为5～100nm，长度为1～100μm。尺寸在此范围内的碳纳米管均可通过本方法实现在水相中的更好的稳定分散。
在所述步骤1）中，所述羟丙基环糊精、碳纳米管和水的投料质量比为5～250︰500︰100。通过对投料比的调控，能够调控碳纳米管在水相分散的能力。
所述步骤2）中超声振荡的频率为53KHz。
所述步骤3）中真空干燥的条件是：真空度为1200～4800Pa，干燥温度为50～70℃。
附图说明
图1为羟丙基环糊精-碳纳米管复合物水溶液的数码照片图。
图2为羟丙基-β-环糊精-单壁碳纳米管的透射电子显微镜图。
图3为羟丙基-β-环糊精-多壁碳纳米管的透射电子显微镜图。
具体实施方式
一、实施例1，制备
（1）称取500 mg 碳纳米管和5～250 mg羟丙基环糊精，利用研铂将其混合均匀。
以上羟丙基环糊精可以采用羟丙基-α-环糊精、羟丙基-β-环糊精、或羟丙基-γ-环糊精中的一种。
碳纳米管可以采用直径为5～100nm、长度为1～100μm的单壁碳纳米管，或采用直径为5～100nm、长度为1～100μm的多壁碳纳米管。
（2）将步骤（1）中羟丙基环糊精和碳纳米管的混合物放入100 mL水中，在室温下搅拌，搅拌速度50～100 转/分钟，搅拌0.5～2.5 h。停止搅拌，得到黑色溶液，将其在室温下，于53KHz超声振荡1～2 h，得到稳定的碳纳米管水溶液。
（3）将步骤（2）中的碳纳米管水溶液进行旋转蒸发，蒸馏至粘稠状，真空干燥24 h，最后的产物为黑色固体，即羟丙基环糊精-碳纳米管复合物。
真空干燥时的真空度为1200～4800Pa，干燥温度为50～70℃。
二、试验方法及结果证明
1、将以本发明方法制备的10mg羟丙基环糊精-碳纳米管溶于10mL水中，如图1所示用单壁碳纳米管和多壁碳纳米管可获得羟丙基环糊精-碳纳米管复合物水溶液的数码照片图，说明羟丙基环糊精-碳纳米管复合物能够在水中稳定分散。图1中，瓶子a中为羟丙基-β-环糊精-单壁碳纳米管的水溶液，瓶子b为羟丙基-β-环糊精-多壁碳纳米管的水溶液。
2、利用透射电子显微镜对羟丙基环糊精-碳纳米管复合物进行表征，见图2、3所示。
结果表明本发明方法可以使碳纳米管具有较高的水分散性，同时不破坏碳纳米管本身特有的结构与性能。

Claims (7)

1.水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将羟丙基环糊精和碳纳米管溶于水中，经搅拌，取得黑色溶液；
2）将黑色溶液在常温下超声振荡后，取得稳定的碳纳米管水溶液；
3）将碳纳米管水溶液进行旋转蒸发，蒸馏至粘稠状，再经真空干燥后取得黑色固体，即水溶性羟丙基环糊精-碳纳米管复合物。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述羟丙基环糊精为羟丙基-α-环糊精、羟丙基-β-环糊精、或羟丙基-γ-环糊精中的一种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述碳纳米管为单壁碳纳米管，或多壁碳纳米管。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述碳纳米管的直径为5～100nm，长度为1～100μm。
5.根据权利要求1或2或3所述制备方法，其特征在于在所述步骤1）中，所述羟丙基环糊精、碳纳米管和水的投料质量比为5～250︰500︰100。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述步骤2）中超声振荡的频率为53KHz。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述步骤3）中真空干燥的条件是：真空度为1200～4800Pa，干燥温度为50～70℃。
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