CN106495131A - 一种在类离子液体中分散碳纳米管的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种提高多壁碳纳米管在类离子液体中的分散性的制备方法及其应用。它是采用氯化胆碱基类离子液体作为溶剂，将多壁碳纳米管与该溶剂按比例混合后，并加入少量的添加剂，加热溶解，然后采用超声波处理法制备均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液的一种方法。本发明的目的是提高多壁碳纳米管在氯化胆碱基类离子液体中的分散性。本发明工艺简单，绿色环保，基本不破坏多壁碳纳米管的结构，且所得多壁碳纳米管分散液的稳定性较好，尤其适用于多壁碳纳米管与金属离子在该类离子液体中制备金属基复合材料。

Description

一种在类离子液体中分散碳纳米管的制备方法及应用

技术领域：

本发明涉及碳纳米管的分散领域，具体为一种多壁碳纳米管的物理分散方法及其在复合材料中的应用。

背景技术：

多壁碳纳米管(简称MWNTs)，因其独特的纳米结构和优良的力学、电学、磁学和热学性能在电极材料、纳米电子材料、结构材料及高性能复合材料等诸多领域表现出良好的应用前景。但MWNTs的比表面积大，相互间具有较大的分子间作用力，严重影响其在水体系或大多数有机体系中的均匀分散能力。一般情况下，MWNTs以纠缠团聚体状态存在，这在很大程度上限制了其在许多领域的实际应用。目前，分散碳纳米管的方法有很多种，如机械法、超声波处理法、碳纳米管表面功能化、原位生长合成法和物理吸附法等。其中超声振荡和非共价功能化是提高多壁碳纳米管在水溶液中均匀分散的简单有效的方法。

离子液体是一种由有机阳离子和各种阴离子组成的盐，具有高的化学稳定性、热稳定性和高的电导率等优势，且离子液体毒性低、不易燃、不挥发，作为一种绿色溶剂被广泛应用于材料、电化学、生物探针等众多领域中。其中，氯化胆碱基类离子液体，由于对水和空气稳定且制备简单，能够与多种金属化合物共熔，具有与其它离子液体相比相当甚至更为优良的物理化学性质，因此在制备金属基复合材料领域更有优势。

本发明提出了一种在氯化胆碱基类离子液体中分散多壁碳纳米管的制备方法。该制备方法能有效的提高多壁碳纳米管在氯化胆碱基类离子液体中的分散稳定性，且工艺简单，绿色环保，基本不破坏多壁碳纳米管的结构，尤其适用于多壁碳纳米管与金属离子在该类离子液体中制备金属基复合材料。

发明内容：

本发明提出了一种提高多壁碳纳米管在类离子液体中的分散性的制备方法，其步骤包括：(1)采用氯化胆碱基类离子液体为溶剂；(2)将多壁碳纳米管和氯化胆碱基类离子液体按比例混合后，并加入少量的添加剂，加热溶解，磁力搅拌下，混合均匀；(3)采用超声波处理法制备均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。

所述的制备方法中，多壁碳纳米管在氯化胆碱基类离子液体中的质量分数为0.01％～5％。所使用的多壁碳纳米管其外径为8～20nm，长度为0.5～10μm。

本发明中加入的添加剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、OP乳化剂、吐温80、柠檬酸、酒石酸、糖精钠、三乙醇胺、乙二胺、EDTA中的一种或多种。

所述的制备方法中，氯化胆碱基类离子液体指的是氯化胆碱与其它低碳物质或金属化合物油浴控温共熔制备的低共熔溶剂。

所述的用来与氯化胆碱制备类离子液体的其它低碳物质包括尿素、丙二酸、草酸、丁二酸、乙二醇、丙三醇、丙酸、正丁酸中的一种或者多种。

本发明采用超声震荡结合表面活性剂非共价功能化方法，研究了多壁碳纳米管的分散性，与现有技术相比所具有的积极意义在于本发明直接考察的是多壁碳纳米管在氯化胆碱基类离子液体中的分散性，其工艺简单，绿色环保，更有益于在该类离子液体中制备性能优良的多壁碳纳米管/金属基复合材料。

附图说明：

图1为多壁碳纳米管在氯化胆碱-尿素类离子液体中的分散照片

图2为多壁碳纳米管在氯化胆碱-尿素类离子液体中的粒径分布图

具体实施方式：

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。其中的氯化胆碱、多壁碳纳米管、各种试剂均有市售。

实施例1：

将氯化胆碱与尿素在40℃下，真空干燥24h后，称取氯化胆碱90g，尿素120g，磁力搅拌下，于85℃恒温油浴加热熔融成无色透明的液体即得氯化胆碱-尿素类离子液体。称取0.1g多壁碳纳米管加入该离子液体中，磁力搅拌混合均匀后，加入0.3mL的OP乳化剂，超声震荡1h后得均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。该悬浮液放置3天后，仍能保持稳定分散，如图1所示。多壁碳纳米管在该悬浮液中的粒径分布如图2所示。

实施例2：

将氯化胆碱与丙二酸、草酸在30℃下，真空干燥24h后，称取氯化胆碱80g，丙二酸60g，草酸20g，于85℃恒温油浴加热熔融成无色透明的液体即得氯化胆碱-丙二酸-草酸类离子液体。称取0.5g多壁碳纳米管加入该离子液体中，磁力搅拌混合均匀后，加入1g十二烷基苯磺酸钠，超声震荡2h得均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。

实施例3：

氯化胆碱-丙二酸-草酸类离子液体的制备同实施例2。称取1.5g多壁碳纳米管加入该离子液体中，磁力搅拌混合均匀后，加入1mL吐温80和十二烷基磺酸钠0.05g，超声震荡2h得均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。

实施例4：

氯化胆碱-尿素类离子液体的制备同实施例1。称取5g氯化镍放入该离子液体中油浴加热溶解，形成完全共融的氯化胆碱-尿素-氯化镍类离子液体，加入0.5g多壁碳纳米管，磁力搅拌混合均匀后，加入糖精钠1g，OP乳化剂1mL，超声震荡1h后得均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。采用电沉积方法，在一定的电位下沉积可制备多壁碳纳米管/镍复合材料，从而提高材料的力学性能和机械性能。

Claims (5)

1.一种提高多壁碳纳米管在类离子液体中的分散性的制备方法，其特征是：(1)采用氯化胆碱基类离子液体为溶剂；(2)将多壁碳纳米管和氯化胆碱基类离子液体按比例混合后，并加入少量的添加剂，加热溶解，磁力搅拌下，混合均匀；(3)采用超声波处理法制备均匀分散的多壁碳纳米管悬浮液。

2.权利要求1所述的制备方法，其特征是多壁碳纳米管在氯化胆碱基类离子液体中的质量分数为0.01％～5％。所使用的多壁碳纳米管其外径为8～20nm，长度为0.5～10μm。

3.权利要求1所述的制备方法，其特征是本发明中加入的添加剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、OP乳化剂、吐温80、柠檬酸、酒石酸、糖精钠、三乙醇胺、乙二胺、EDTA中的一种或多种。

4.权利要求1所述的制备方法，其特征是氯化胆碱基类离子液体指的是氯化胆碱与其它低碳物质或金属化合物油浴控温共熔制备的低共熔溶剂。

5.权利要求4所述的制备方法，其特征是所述的用来与氯化胆碱制备类离子液体的其它低碳物质包括尿素、丙二酸、草酸、丁二酸、乙二醇、丙三醇、丙酸、正丁酸中的一种或者多种。