CN107631994A - 一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，涉及一种确定功能化碳纳米管改性工艺的方法。本发明是要解决现有功能化后的碳纳米管的官能团接枝率只能进行定性表征，无法确定改性方法及工艺条件的优劣的问题。方法：将两种不同改性工艺获得的功能化碳纳米管进行红外光谱测试，测试条件完全相同，将获得的两个红外光谱进行光谱差减，差谱后得到向上的峰，说明被差减的光谱样品改性效果好。本方法最大程度的去除了人为误差，再通过数据的差异指导碳纳米管改性的工艺流程，得到相对合理的工艺条件，相对于传统的酸碱滴定法来说，本发明使用的方法更为简便和准确。本发明用于确定功能化碳纳米管改性工艺。

Description

一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法

技术领域

本发明涉及一种确定功能化碳纳米管改性工艺的方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)由于其结合了电、机械、化学和热性能而受到广泛的关注。但是由于CNTs径向的纳米级尺寸和高的表面能导致其在聚合物中容易团聚，分散性较差，不仅降低了CNTs的有效长径比，而且容易造成管与管之间的滑移，影响CNTs在聚合物中的性能。因此如何通过功能化处理，将羟基、羧基等活性基团接枝到碳纳米管上，提高其在基体或溶液中的分散性是解决碳纳米管实际应用问题的有效途径。目前较为成熟的接枝改性方法有混酸法和Fenton氧化法两种，和强酸氧化法相比，使用Fenton氧化法在碳纳米管表面和侧壁位置接枝官能团，处理方法温和，处理后能够最大保持碳纳米管的原有形貌，避免了对其结构的破坏，但功能化后的官能团接枝率只能进行定性表征，无法确定改性方法及工艺条件的优劣。

发明内容

本发明是要解决现有功能化后的碳纳米管的官能团接枝率只能进行定性表征，无法确定改性方法及工艺条件的优劣的问题，提供一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法。

本发明利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，包括以下步骤：

将两种不同改性工艺获得的功能化碳纳米管进行红外光谱测试，测试条件完全相同，将获得的两个红外光谱进行光谱差减，光谱差减时的纵坐标单位为吸光度，光谱差减时的差减系数为1。

基于朗伯比尔定律，在样片其它测试条件完全相同的情况下，纵坐标吸光度的值只取决于浓度，吸光度大即浓度大，也表示这一特征峰代表的基团数量较多，3400cm-1处与1616cm-1的特征峰分别归属于羟基与羰基，二者吸光度的数值直接表示了改性效果，差谱后得到向上的峰，说明被差减的光谱样品改性效果好。

进一步的，所述改性工艺为Fenton氧化法或混酸法，但不局限于这2种方法。

进一步的，所述红外光谱测试采用KBr压片法。KBr压片法所制备的两个样片中的样品含量相同，两个样片的质量相同。

本发明的有益效果：

本发明使用红外光谱法检测功能化碳纳米管，这种碳纳米管分别通过Fenton氧化法及混酸法进行功能化改性，并使之可以分散于常规溶剂中并形成均一稳定的溶液，使用红外差谱法对Fenton氧化法和混酸法处理的CNTs进行数据处理，两种试样的样品量及测试条件完全相同的情况下，调整差减因子使不受其它组分影响的红外特征峰归于基线后得到差减后的谱图，通过官能团吸光度差异大致量化改性反应接枝率，比较两种改性方法的功能化改性效果。

使用红外差谱法量化比较不同改性工艺的官能团接枝情况，通过谱图差减直观的显示出功能化改性的效果，对确定改性工艺条件起到了指导作用。

通过红外光谱测试的到的谱图进行数据处理从而得到改性前后碳纳米管的官能团接枝情况，将得到的光谱以数学方法进行差减，最大程度的去除了人为误差，再通过数据的差异指导碳纳米管改性的工艺流程，得到相对合理的工艺条件，相对于传统的酸碱滴定法来说，本发明使用的方法更为简便和准确。

附图说明

图1为实施例1中样品1的红外光谱图；

图2为实施例1中样品2的红外光谱图；

图3为依据实施例得出的红外差谱图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式将两种不同改性工艺获得的功能化碳纳米管进行红外光谱测试，测试条件完全相同，将获得的两个红外光谱进行光谱差减，光谱差减时的纵坐标单位为吸光度，光谱差减时的差减系数为1；

3400cm^-1处与1616cm^-1的特征峰分别归属于羟基与羰基，差谱后得到向上的峰，说明被差减的光谱样品改性效果好。

为了能较准确的评定碳纳米管改性的效果，采用红外光谱对改性前后及不同工艺条件下的碳纳米管进行测试，利用差谱法对不同的样品进行比较，可以较为直观方便的比较出功能化反应的改性效果。依据测试结果对改性的工艺条件进行优化，可以得到最佳的改性方法及工艺条件。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述改性工艺为Fenton氧化法或混酸法。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述红外光谱测试采用KBr压片法。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：KBr压片法所制备的两个样片中的样品含量相同，两个样片的质量相同。其它与具体实施方式三相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

使用Fenton氧化法功能化改性多壁碳纳米管，首先称取一定量多壁碳纳米管置于单口瓶中，加入去离子水，超声震动10min得到均匀悬浊液，将一定量的FeSO₄·7H₂O加入单口瓶，超声震荡至溶解，用稀硫酸调节pH值＝3，将定量过氧化氢加入滴定漏斗中逐步滴加至单口瓶中，反应完毕后，将溶液移至2000ml烧杯中，用去离子水稀释并进行多次洗涤抽滤，直至pH值为中性。

样品1的工艺条件为：MFe²⁺：MH₂O₂＝1:10；pH＝3；反应时间3h

样品2的工艺条件为：MFe²⁺：MH₂O₂＝1:10；pH＝3；反应时间5h

对得到的两个样品进行红外光谱测试，测试条件相同，均为KBr压片法；扫描次数8；分辨率4cm-1；制备样片时使用的KBr和样品量均为定量。测试所得光谱图见说明书附图图1和图2，纵坐标以吸光度为单位，将图1和图2进行光谱差减，由于样片质量与样品含量均相等，差减因子选为1，差谱后的光谱图见说明书附图3.

从图1中可以看出在3400cm^-1处与1616cm^-1处出现了明显的羟基和羰基的伸缩振动峰，由于Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，反应过程中与SO₄ ^2-结合生成硫酸铁，故而图1中1124cm^-1处可归属为SO₄的反对称伸缩振动峰，612cm^-1处的SO₄弯曲振动峰证明了这一点。图2中的峰型及峰位与图1基本相同，这证明了功能化改性反应的效果，但经过谱图差减之后，从图3中可以看出，在测试条件相同、样品含量相同及差减因子为1的条件下，样品2在各个特征峰位的吸光度都要大于样品1，样品1616cm^-1处的吸光度更大证明了接枝的羟基进一步氧化而成的羰基含量更多，所以延长反应时间对功能化改性的接枝率具有促进作用，但SO₄的反对称伸缩振动峰1124cm^-1及1040cm^-1同时也体现了随着反应时间的延长含量增大很快，420cm^-1处还出现了强度较大的Fe-O弯曲振动峰，说明生成了更多的硫酸铁或无定型的氢氧化铁，可能会导致产物改性CNTs增重较大，影响产品在有机溶剂中的分散性。

通过实施例1，证明了本方法对CNTs功能化改性的结果有直观的量化效果，可以通过本方法的检测针对性改变改性反应的工艺条件，从而得到最佳的产品。

Claims (4)

1.一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

将两种不同改性工艺获得的功能化碳纳米管进行红外光谱测试，测试条件完全相同，将获得的两个红外光谱进行光谱差减，光谱差减时的纵坐标单位为吸光度，光谱差减时的差减系数为1；

3400cm^-1处与1616cm^-1的特征峰分别归属于羟基与羰基，差谱后得到向上的峰，说明被差减的光谱样品改性效果好。

2.根据权利要求1所述的一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，其特征在于所述改性工艺为Fenton氧化法或混酸法。

3.根据权利要求1所述的一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，其特征在于所述红外光谱测试采用KBr压片法。

4.根据权利要求1所述的一种利用红外光谱确定功能化碳纳米管改性工艺的方法，其特征在于KBr压片法所制备的两个样片中的样品含量相同，两个样片的质量相同。