CN111808246A - 一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法 - Google Patents

一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：将碳纳米管均匀分散在混酸溶剂中超声酸洗，用去离子水抽滤、干燥，得到初步改性碳纳米材料；经丙烯酸聚合改性后再用去离子水抽滤、干燥得到进一步改性的碳纳米材料；而后将一定量改性碳纳米材料添加到一定体积和浓度的染料溶液中，一段时间后测量吸附后染料的浓度。该方法改性的碳纳米管表面含有大量的含氧基团，能充分提高碳纳米管的分散性能，同时使碳纳米管对染料的吸附性能大大提升。

Description

一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法。
背景技术
随着现代工业的迅猛发展，工厂排放的各种污染物造成的水污染已成为全世界最严重的问题之一。因此，水净化对于健全的公共卫生系统来说是迫切需要的。在水净化方面常用的处理法式有沉淀、凝结、电化学处理、离子交换、膜分离、蒸发、反渗透、生物吸附、氧化过程和吸附，在这些方法中吸附被认为是最常用的方法之一。在吸附过程中用到的吸附剂种类多种多样，但近几年碳纳米管由于具有超高的比表面积和大的孔径结构，使其在吸附领域成为研究热点。然而碳纳米管之间存在的很强相互作用力，使得碳纳米管在染料溶剂中的分散性差，从而限制了在染料吸附方面进一步的应用。因此为了克服这一缺点，我们需要对碳纳米管进行改性处理，引入大量含氧基团以提高碳纳米管在溶液中的分散性和对染料的吸附程度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，该方法操作简单、用时短、效果好，通过丙烯酸单体在碳管表面进行接枝聚合，提高碳纳米管表面亲水基团的含量，很好地克服了碳纳米管在染料中的分散性差的确定，同时提高了碳纳米管对染料的吸附性能。
为此，本发明的技术方案如下：
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
1)将碳纳米管加入到混酸溶剂中，将其超声一段时间后进行抽滤清洗，然后放入烘箱中在一定温度下进行干燥；
2)取一定量干燥后的碳纳米管加入到溶剂中，超声一段时间将其分散均匀，然后加入一定量的丙烯酸(AA)和引发剂，加热至一定温度持续搅拌一定时间后进行抽滤清洗，再在一定温度下进行干燥，得到接枝碳纳米管；
3)配置一定浓度的染料溶液，然后取一定量的接枝碳纳米管加入到一定体积的染料溶液中，超声一段时间使碳纳米管和染料充分接触。然后放置一段时间后测量染料的浓度。
进一步，所述碳纳米材料为单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
进一步，所述混酸溶剂为浓硝酸和浓硫酸按1∶1-1∶5的比例混合得到。
进一步，抽滤清洗所用溶剂为高纯水或者去离子水。
进一步，干燥温度为60-70℃。
进一步，超声时间为0.5-1h。
进一步，步骤2)中所述所用溶剂为去离子水或者甲苯，所用引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈任意一种；丙烯酸与引发剂的比例为200∶1-50∶1；加热温度为60-80℃；搅拌时间为5-7h。
进一步，步骤3)中所述所用染料为亚甲基蓝、甲基橙、甲基紫和刚果红任意一种；所配置染料溶液浓度为10-100mg/L；碳纳米管用量为0.005-0.05g；染料溶液体积为20-50mL；超声时间10-30min；放置时间为24-48h。
本发明提供的方法具有如下优点：
1)实验采用混酸处理后的碳纳米管，能够提高丙烯酸在碳纳米管表面接枝率，并且通过添加不同丙烯酸的量能获得接枝效果最好的碳纳米管。
2)丙烯酸在碳纳米管表面聚合后增加了碳纳米管表面的亲水基团，能有效改善碳纳米管的亲水性和对染料的吸附量。使碳纳米管对染料的吸附量由最初的63mg/g提升到245mg/g以上，最高达到302mg/g。
附图说明
图1为实施例1-5制得改性碳纳米管的透射电镜图；
图2为实施例1-5制得改性碳纳米管的XPS图；
图3为实施例1-5制得改性碳纳米管的亚甲基蓝吸附图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
将0.5g纯的多壁碳纳米管加入到200mL浓硝酸和浓硝酸按3∶1比例混合的混酸中，经超声处理1h进行酸洗，然后用去离子水进行抽滤清洗，直至滤液为中性，最后将碳纳米管在60℃下干燥12h，得到实施例1改性碳纳米管。
利用HITACHI TECNAI-20透射电子显微镜和美国EDAX ELMER PHI 5600 X-射线光电子能谱仪对本实施例1制得的改性碳纳米管测试，得到图1(1)和图2(1)。
实施例2
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
1)同实施例1中操作步骤；
2)取上述干燥后的碳纳米管0.05g加入到40mL甲苯中，超声1h使碳纳米管分散均匀。然后加入0.5mL丙烯酸单体，加入0.00525g(丙烯酸质量的1％)引发剂偶氮二异丁腈，水浴60℃搅拌6h。搅拌结束后用去离子水抽滤清洗，然后将碳纳米管在60℃下干燥12h，得到实施例2改性碳纳米管。
利用HITACHI TECNAI-20透射电子显微镜和美国EDAX ELMER PHI 5600 X-射线光电子能谱仪对本实施例2制得的改性碳纳米管测试，得到图1(2)和图2(2)。
实施例3
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
将实施例2中步骤2)丙烯酸单体的添加量改为1mL，引发剂的添加量改为0.0105g，其余条件同实施例2，得到实施例3改性碳纳米管。
利用HITACHI TECNAI-20透射电子显微镜和美国EDAX ELMER PHI 5600 X-射线光电子能谱仪对本实施例3制得的改性碳纳米管测试，得到图1(3)和图2(3)。
实施例4
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
将实施例2中步骤2)丙烯酸单体的添加量改为2mL，引发剂的添加量改为0.021g，其余条件同实施例2，得到实施例4改性碳纳米管。
利用HITACHI TECNAI-20透射电子显微镜和美国EDAX ELMER PHI 5600 X-射线光电子能谱仪对本实施例4制得的改性碳纳米管测试，得到图1(4)和图2(4)。
实施例5
一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，包括如下步骤：
将实施例2中步骤2)丙烯酸单体的添加量改为3mL，引发剂的添加量改为0.0315g，其余条件同实施例2，得到实施例5改性碳纳米管。
利用HITACHI TECNAI-20透射电子显微镜和美国EDAX ELMER PHI 5600 X-射线光电子能谱仪对本实施例5制得的改性碳纳米管测试，得到图1(5)和图2(5)。
将实施例1-5制得的改性碳纳米管置于浓度为50mg/L的亚甲基蓝溶液中放置48h，采用Lambda35可见分光光度计在波长为663nm的情况下对溶液进行吸光度检测。根据公式计算出改性碳纳米管对亚甲基蓝的平衡吸附量，如图3所示。

Claims (8)

1.一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将碳纳米管加入到一定量的混酸溶剂中，将其超声一段时间后进行抽滤清洗，然后放入烘箱中在一定温度下进行干燥；
2)取一定量干燥后的碳纳米管加入到溶剂中，超声一段时间将其分散均匀，然后加入一定量的丙烯酸(AA)和引发剂，加热至一定温度持续搅拌一定时间后进行抽滤清洗，再在一定温度下进行干燥，得到接枝碳纳米管；
3)配置一定浓度的染料溶液，然后取一定量的接枝碳纳米管加入到一定体积的染料溶液中，超声一段时间使碳纳米管和染料充分接触。然后放置一段时间后测量染料的浓度。
2.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：所述碳纳米材料为单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
3.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：所述混酸溶剂为浓硝酸和浓硫酸按1∶1-1∶5的比例混合得到。
4.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：抽滤清洗所用溶剂为高纯水或者去离子水。
5.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：干燥温度为60-70℃。
6.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：超声时间为0.5-1h。
7.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：步骤2)中所述所用溶剂为去离子水或者甲苯，所用引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈任意一种；丙烯酸与引发剂的比例为200∶1-50∶1；加热温度为60-80℃；搅拌时间为5-7h。
8.如权利要求1所述一种具有高吸附性能的丙烯酸接枝改性碳纳米管制备方法，其特征在于：步骤3)中所述所用染料为亚甲基蓝、甲基橙、甲基紫和刚果红任意一种；所配置染料溶液浓度为10-100mg/L；碳纳米管用量为0.005-0.05g；染料溶液体积为20-50mL；超声时间10-30min；放置时间为24-48h。
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