CN108314011A - 一种碳纳米管的稳定分散方法 - Google Patents
一种碳纳米管的稳定分散方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108314011A CN108314011A CN201810328887.5A CN201810328887A CN108314011A CN 108314011 A CN108314011 A CN 108314011A CN 201810328887 A CN201810328887 A CN 201810328887A CN 108314011 A CN108314011 A CN 108314011A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- dispersion method
- stable dispersion
- water
- carbon nanotubes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 72
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 66
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 15
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 16
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 16
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 101150021225 cynS gene Proteins 0.000 description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种稳定的碳纳米管水基溶液的制备方法,首先将碳纳米管与混酸按照适当比例混合,经无光条件冷凝回流后,进行水洗,干燥,然后置于水性溶液中,调节pH值得到稳定的碳纳米管分散液。本发明方法涉及的成本低、操作简便、反应条件温和,所得碳纳米管具有优异的分散性能,为碳纳米管改性技术提供了一条新途径,具有重要的经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域,具体涉及一种碳纳米管的稳定分散技术。
背景技术
1991年,日本电镜专家Iijima首次发现了碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs),碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管,管直径一般为几个纳米到几十个纳米,管壁厚度仅为几个纳米,像铁丝网卷成的一个空心圆柱状“笼形管”。由于碳纳米管的径向尺寸很小,管的直径一般在几纳米到几十纳米,而碳纳米管的长度一般在几微米到几毫米,因此,碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。针对碳纳米管的不同性能。对其应用研究已经涉及到纳米电子器件、场发射器、储氢材料、电极材料和复合材料等许多方面,是21世纪最有前途的纳米材料之一。
由于CNTs的纳米结构和分子直接的范德华力,将其作为增强、改性材料时往往产生大量的团聚现象,限制其在增强、改性材料等中的应用。目前,对碳纳米管的分散,研究人员做了一系列的探究,YangWang等人通过超声处理被混合酸(浓硫酸、浓硝酸)氧化后的CNTs来提高其分散性,得到在水溶液中稳定悬浮近两个月CNTs,Jumping Zhang等人利用聚合物修饰CNTs,通过控制pH值和温度提高了CNTs的表面活性。上述研究,都只能在短时间内保证产品的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足,提供一种碳纳米管的稳定分散方法,该方法涉及的成本低、操作简便、反应条件温和,其所得碳纳米管具有优异的分散性能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种碳纳米管的稳定分散方法,包括如下步骤:1)将碳纳米管与混合酸混合并进行冷凝回流;2)将步骤1)处理所得碳纳米管水洗至中性,进行离心分离,干燥;3)将碳纳米管分散水中得碳纳米管水基分散液;4)调节水基碳纳米管分散液的pH值至4-11,得稳定的碳纳米管水基分散液。
上述方案中,所述碳纳米管为多壁碳纳米管,其长径比为1000~2000。
上述方案中,步骤1)中所述碳纳米管在混合酸中的浓度为0.01~0.05g/ml。
上述方案中,所述混合酸由浓硝酸和浓硫酸混合而成。
优选的,所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:(1~5);浓硝酸浓度为65~68wt%;浓硫酸浓度为96~98wt%。
更优选的,所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:(2.5~3)
上述方案中,所述冷凝回流采用无光条件,冷凝回流温度为79~90℃,时间为5~7h;本发明采用的无光条件,可有效抑制浓硝酸的见光分解,提高混酸对碳纳米管表面的氧化效果,以显著改善所得碳纳米管在水溶液中的稳定分散性能。
上述方案中,所述干燥温度为70~120℃,干燥时间6~24h。
上述方案中,所述离心机转速为800r/min以上,时间为10~15min,离心次数为8~10次。
上述方案中,所述碳纳米管水基分散液中碳纳米管的浓度为3-5wt%。
上述方案中,采用氨水、醋酸或稀释后的盐酸进pH值调节。
根据上述方案制备碳纳米管水基分散液,在500天不沉降,具有优异的分散性能和稳定性能,适用于纳米电子器件、场发射器、储氢材料、电极材料和复合材料等领域。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)经本发明处理的碳纳米管具有优异的分散性能,制备出稳定(500天不沉降)的碳纳米管水基溶液;
2)采用的原料简单易得,有利于降低成本,涉及的处理步骤简便,操作性强,反应温度较低,有利于节能降耗;
3)所得稳定的碳纳米管水基溶液能应用于纳米电子器件、场发射器、储氢材料、电极材料和复合材料等领域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下实施例中,采用的碳纳米管为国药集团化学试剂有限公司提供的多壁碳纳米管,其长径比约为1500。
以下实施例中,采用的浓硝酸的浓度为98wt%,浓硫酸的浓度为65%。
实施例1
一种碳纳米管的稳定分散方法,包括如下步骤:
取5g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在无光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在1000r/min转速下离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成3wt%的水基悬浮液,再用氨水和醋酸调节悬浮液的pH值为7,得稳定的碳纳米管水基分散液。
一周后,碳纳米管仍稳定悬浮在水溶液中。
将本实施例所得碳纳米管水基分散液调节至碳纳米管浓度为0.1g/ml的碳纳米管溶液,并将2ml上述碳纳米管溶液加入50g氧化锆粉体中,混合球磨后通过凝胶注模成型制备得氧化锆陶瓷,测试结果表明氧化锆陶瓷的抗弯强度可提升30%左右。
实施例2
一种碳纳米管的稳定分散方法,包括如下步骤:
取5g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在无光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在转速1000r/min下的离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成4wt%的水基溶液,用氨水和醋酸调节pH值为7。
一周后,碳纳米管稳定悬浮在水溶液中。
实施例3
一种碳纳米管的稳定分散方法,包括如下步骤:
取23g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在无光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在1000r/min转速下离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成3wt%的水基悬浮液,再用氨水和醋酸调节悬浮液的pH值为10,得稳定的碳纳米管水基分散液。
将所得碳纳米管水基分散液进行静置观察,结果表明,所得碳纳米管水基分散液可维持500天不沉降,具有优异的稳定分散性能。
对比例1
取5g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在自然光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在转速1000r/min下的离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成3wt%的水基溶液,用氨水和醋酸调节pH值为7。
将所得水基溶液进行静置观察,三天后,观察到碳纳米管沉淀在水溶液中。
对比例2
取5g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在强光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在1000r/min转速下离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成3wt%的水基悬浮液液,用氨水和醋酸调节悬浮液的pH值为2。
将所得水基溶液进行静置观察,三天后,观察到碳纳米管沉淀在水溶液中。
对比例3
取5g碳纳米管和200ml的混合酸(浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3),加入到三嘴烧瓶中,在无光环境下,80℃冷凝回流6小时,取出后用去离子水清洗至中性,在1000r/min转速下离心10min,10次,离心后在80℃烘箱内干燥12小时,取出后配置成3wt%的水基溶液,用氨水和醋酸调节pH值为2.5。
将所得水基溶液进行静置观察,一周后,观察到碳纳米管沉淀在水溶液中。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳纳米管的稳定分散方法,包括如下步骤:1)将碳纳米管与混合酸混合并进行冷凝回流;2)将步骤1)处理所得碳纳米管水洗至中性,进行离心分离,干燥;3)将碳纳米管分散水中得碳纳米管水基分散液;4)调节水基碳纳米管分散液的pH值至4-11,得稳定的碳纳米管水基分散液。
2.根据权利要求1所述的稳定分散方法,其特征在于,所述碳纳米管为多壁碳纳米管,其长径比为1000~2000。
3.根据权利要求1所述的稳定分散方法,其特征在于,步骤1)中所述碳纳米管在混合酸中的浓度为0.01~0.05g/ml。
4.根据权利要求1所述的稳定分散方法,其特征在于,所述混合酸由浓硝酸和浓硫酸混合而成。
5.根据权利要求4所述的稳定分散方法,其特征在于,所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:(1~5)。
6.根据权利要求4所述的稳定分散方法,其特征在于,所述浓硝酸浓度为65~68wt%;浓硫酸浓度为96~98wt%。
7.根据权利要求1所述的稳定分散方法,其特征在于,所述冷凝回流采用无光条件,冷凝回流温度为79~90℃,时间为5~7h。
8.根据权利要求1所述的稳定分散方法,其特征在于,所述碳纳米管水基分散液中碳纳米管的浓度为3~5wt%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810328887.5A CN108314011A (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种碳纳米管的稳定分散方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810328887.5A CN108314011A (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种碳纳米管的稳定分散方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108314011A true CN108314011A (zh) | 2018-07-24 |
Family
ID=62896652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810328887.5A Pending CN108314011A (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种碳纳米管的稳定分散方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108314011A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116769264A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-19 | 江苏中煜橡塑科技有限公司 | 一种耐寒性动力电池密封用氟橡胶材料及其制法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105271175A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-01-27 | 中南大学 | 一种碳纳米管的分散方法 |
CN105914370A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-31 | 东华大学 | 一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法 |
CN106276850A (zh) * | 2016-08-09 | 2017-01-04 | 武汉工程大学 | 高浓度、分散均匀的碳纳米管悬浮液制备方法 |
CN107572866A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 浙江省通用砂浆研究院 | 一种环保机喷砂浆的无碱抗流挂速凝剂的制备与应用 |
-
2018
- 2018-04-13 CN CN201810328887.5A patent/CN108314011A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105271175A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-01-27 | 中南大学 | 一种碳纳米管的分散方法 |
CN105914370A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-31 | 东华大学 | 一种利用酸化方法处理碳纳米管制备碳纳米管纤维的方法 |
CN106276850A (zh) * | 2016-08-09 | 2017-01-04 | 武汉工程大学 | 高浓度、分散均匀的碳纳米管悬浮液制备方法 |
CN107572866A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 浙江省通用砂浆研究院 | 一种环保机喷砂浆的无碱抗流挂速凝剂的制备与应用 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DAN H. MARSH ET AL.: "Comparison of the stability of multiwalled carbon nanotube dispersions in water", 《PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS》 * |
V. DATSYUK ET AL.: "Chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes", 《CARBON》 * |
ZHAOWEI WANG ET AL.: "The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions", 《CARBON》 * |
姚武等: "碳纳米管分散性研究现状", 《材料导报A:综述篇》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116769264A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-19 | 江苏中煜橡塑科技有限公司 | 一种耐寒性动力电池密封用氟橡胶材料及其制法和应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shen et al. | Facile synthesis of fluorescence carbon dots from sweet potato for Fe3+ sensing and cell imaging | |
Wang et al. | Study on the preparation and characterization of ultra-high molecular weight polyethylene–carbon nanotubes composite fiber | |
CN112265981B (zh) | 一种木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法 | |
WO2019196386A1 (zh) | 一种高效分散碳纳米管的方法 | |
CN106276850B (zh) | 高浓度、分散均匀的碳纳米管悬浮液制备方法 | |
CN109437154B (zh) | 一种以煤为原料制备能带可控碳量子点的方法 | |
CN105478792B (zh) | 一种改性壳聚糖‑纳米银溶胶的绿色制备方法 | |
CN102674334A (zh) | 一种表面沉淀纳米四氧化三铁石墨烯的制备方法 | |
Fei et al. | Solubilization, purification and functionalization of carbon nanotubes usingpolyoxometalate | |
CN104975366B (zh) | 一种含纳米颗粒的Lyocell纤维及其制备方法 | |
CN105502342A (zh) | 一种以多巴胺为碳源制备纳米空心碳球的方法 | |
CN104086783A (zh) | 一种利用离子液体制备氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素复合凝胶的方法 | |
CN105113032B (zh) | 一种采用化学还原氧化石墨烯降低海藻纤维纺丝液粘度的方法 | |
CN102631910A (zh) | 一种稳定的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶及其制备方法 | |
CN105244175A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯/四氧化三钴纳米复合材料 | |
CN111715188A (zh) | 一种二氧化钛基纳米复合材料及其制备方法和用途 | |
CN101177261B (zh) | 生物相容性的纤维素功能化碳纳米管的制备方法 | |
CN101182041A (zh) | 一种球形纳米氧化铁的制备方法 | |
CN106243367A (zh) | 碳纤维增强的树脂薄膜及其制备方法 | |
CN101863463A (zh) | 一种水分散性碳纳米管的制备方法 | |
CN108314011A (zh) | 一种碳纳米管的稳定分散方法 | |
CN105948031A (zh) | 一种石墨烯纳米卷的制备方法 | |
CN103977789A (zh) | 一种w18o49纳米球类过氧化物酶及其应用 | |
CN101186763A (zh) | 荧光离子液体功能化的碳纳米管的制备方法 | |
CN105442072A (zh) | 一种批量制备同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的超强韧性纤维的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180724 |