RU2529217C2 - Method of functionalisation of carbon nanomaterials - Google Patents
Method of functionalisation of carbon nanomaterials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529217C2 RU2529217C2 RU2012148093/05A RU2012148093A RU2529217C2 RU 2529217 C2 RU2529217 C2 RU 2529217C2 RU 2012148093/05 A RU2012148093/05 A RU 2012148093/05A RU 2012148093 A RU2012148093 A RU 2012148093A RU 2529217 C2 RU2529217 C2 RU 2529217C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen peroxide
- oxidation
- carbon nanotubes
- carbon
- functionalization
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии углеродных наноматериалов, конкретно к технологии получения функционализированных углеродных нанотрубок.The invention relates to the chemical technology of carbon nanomaterials, specifically to a technology for the production of functionalized carbon nanotubes.
Поверхность многослойных углеродных нанотрубок является изначально инертной и гидрофобной, что делает затруднительным их введение в полимерные матрицы вследствие явлений агломерации. Совместимость углеродных нанотрубок с матрицами различной природы может быть достигнута химической функционализацией их поверхности. В описании данного изобретения термин «функционализация» означает прививку к поверхности углеродных нанотрубок кислородсодержащих функциональных групп.The surface of multilayer carbon nanotubes is initially inert and hydrophobic, which makes it difficult to introduce them into polymer matrices due to agglomeration phenomena. The compatibility of carbon nanotubes with matrices of various nature can be achieved by chemical functionalization of their surface. In the description of this invention, the term "functionalization" means grafting to the surface of carbon nanotubes oxygen-containing functional groups.
Появлению таких функциональных групп на поверхности углеродных наноматериалов способствует их обработка различными окисляющими реагентами (азотная кислота, перманганат калия, персульфат аммония, смеси на основе перекиси водорода, озон и т.п.). Способы окисления углеродных нанотрубок (УНТ) описаны в многочисленных публикациях и в их основе лежит обработка УНТ жидкими или газообразными окисляющими реагентами, способствующая пришивке к поверхности кислородсодержащих групп (гидроксильных, карбонильных, карбоксильных).The appearance of such functional groups on the surface of carbon nanomaterials is facilitated by their treatment with various oxidizing agents (nitric acid, potassium permanganate, ammonium persulfate, mixtures based on hydrogen peroxide, ozone, etc.). Methods for the oxidation of carbon nanotubes (CNTs) are described in numerous publications and are based on the treatment of CNTs with liquid or gaseous oxidizing reagents, which helps to attach oxygen-containing groups (hydroxyl, carbonyl, carboxyl) to the surface.
Типичным примером является заявка США 20030086858, МПК D01F 009/12 [1], в котором описано несколько вариантов пришивки к поверхности углеродных нанотрубок функциональных групп посредством обработки в смесях на основе неорганических и органических перекисных соединениий. Общим существенным признаком рассмотренного способа и заявляемого изобретения является использование перекисного соединения (пероксида водорода) в качестве окисляющего реагента при функционализации углеродных нанотрубок.A typical example is the application US 20030086858, IPC D01F 009/12 [1], which describes several options for sewing to the surface of carbon nanotubes of functional groups by treatment in mixtures based on inorganic and organic peroxide compounds. A common essential feature of the considered method and the claimed invention is the use of a peroxide compound (hydrogen peroxide) as an oxidizing agent in the functionalization of carbon nanotubes.
Недостатками рассмотренного способа являются недостаточно высокая эффективность процесса с позиций степени функционализации поверхности УНТ, слабая диспергируемость в воде и полярных органических растворителях.The disadvantages of the considered method are the insufficiently high efficiency of the process from the point of view of the degree of functionalization of the surface of the CNTs, poor dispersibility in water and polar organic solvents.
Пришивке к поверхности большего количества кислородсодержащих функциональных групп способствует их обработка газообразными окисляющими реагентами, например озоном, описано в заявке США 20080031802, МПК D01F 9/12 и заявке США 20060101 D01F 009/12, работе Cataldo F. A Study on the Action of Ozone on Multiwall Carbon Nanotubes// Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 2008, vol. 16, p.1-17 и работе. Sham M.-L., Kim J.-K. Surface functionalities of multi-wall carbon nanotubes after UV/Ozone and TETA treatments// Carbon, 2006, vol. 44, p.768-777 [2-4]. Функционализированные таким способом УНТ показывают хорошую совместимость с полярными растворителями и матрицами. Общим существенным признаком рассмотренного и заявляемого способов является обработка УНТ газообразным окислителем. Недостатком рассмотренного способа является трудность его масштабирования, связанная с усложнением конструкции оборудования и встраивания в него блока для получения озона, а также с соблюдением особых мер предосторожности в связи с высокой токсичностью О3.The stitching of more oxygen-containing functional groups to the surface is facilitated by their treatment with gaseous oxidizing agents, such as ozone, as described in US Application 20080031802, IPC D01F 9/12 and US Application 20060101 D01F 009/12, Cataldo F. A Study on the Action of Ozone on Multiwall Carbon Nanotubes // Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 2008, vol. 16, p. 1-17 and work. Sham M.-L., Kim J.-K. Surface functionalities of multi-wall carbon nanotubes after UV / Ozone and TETA treatments // Carbon, 2006, vol. 44, p. 768-777 [2-4]. Functionalized CNTs in this way show good compatibility with polar solvents and matrices. A common essential feature of the considered and proposed methods is the treatment of CNTs with a gaseous oxidizing agent. The disadvantage of this method is the difficulty of scaling it, associated with the complexity of the design of the equipment and the incorporation of a block into it to produce ozone, as well as the observance of special precautions due to the high toxicity of O 3 .
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, описанный в работе. Xia W., Jin С, Kundu S., Muhler M. A highly efficient gasphase route for the oxygen functionalization of carbon nanotubes based on nitric acid vapor//Carbon, 2009, vol. 47, p.919-922 [5], (прототип). Согласно этому способу, функционализацию УНТ осуществляют путем их обработки в парах азотной кислоты при температурах от 110 до 250°С. При этом достигается высокая степень функционализации поверхности УНТ, сокращается расход окисляющего реагента и количество требующих утилизации газообразных продуктов окисления. При соблюдении режимных параметров и времени окисления не наблюдается глубоких деструктивных изменений поверхности углеродных нанотрубок. Общим существенным признаком заявляемого способа и способа-прототипа является обработка УНТ в парах окисляющего реагента при температурах выше 100°С. Заявляемый способ и способ-прототип совпадают также по достигаемому результату, а именно достигается прививка к поверхности УНТ полярных функциональных кислородсодержащих групп.Closest to the claimed invention is the method described in the work. Xia W., Jin C, Kundu S., Muhler M. A highly efficient gasphase route for the oxygen functionalization of carbon nanotubes based on nitric acid vapor // Carbon, 2009, vol. 47, p.919-922 [5], (prototype). According to this method, the functionalization of CNTs is carried out by processing them in nitric acid vapors at temperatures from 110 to 250 ° C. At the same time, a high degree of functionalization of the CNT surface is achieved, the consumption of the oxidizing reagent and the amount of gaseous oxidation products requiring utilization are reduced. Subject to regime parameters and oxidation time, no deep destructive changes in the surface of carbon nanotubes are observed. A common essential feature of the proposed method and the prototype method is the processing of CNTs in pairs of an oxidizing reagent at temperatures above 100 ° C. The inventive method and the prototype method also coincide in the achieved result, namely, the grafting of polar functional oxygen-containing groups to the CNT surface is achieved.
Недостатком способа-прототипа является необходимость применения коррозионно агрессивного окислителя, в связи с чем встает проблема выбора конструкционного материала для изготовления оборудования при масштабировании процесса. В результате протекания процесса окисления УНТ парами азотной кислоты образуются оксиды азота, характеризующиеся высокой химической активностью и токсичностью, в связи с чем требуется соблюдение герметичности уплотняющих элементов и изготовление дополнительного блока утилизации газообразных отходов. Также использование паров азотной кислоты для окисления тонких углеродных нанотрубок является неприемлемым в связи с увеличением количества дефектов поверхности и потерями массы материала в связи с окислением до СО2 The disadvantage of the prototype method is the need to use a corrosive oxidizing agent, which raises the problem of choosing a structural material for the manufacture of equipment when scaling the process. As a result of the process of CNT oxidation by nitric acid vapors, nitrogen oxides are formed, which are characterized by high chemical activity and toxicity, and therefore the tightness of the sealing elements and the manufacture of an additional gaseous waste disposal unit are required. Also, the use of nitric acid vapor for the oxidation of thin carbon nanotubes is unacceptable due to an increase in the number of surface defects and loss of mass of the material due to oxidation to CO 2
В основу заявляемого изобретения поставлена задача путем выбора окисляющего реагента и условий окисления устранить недостатки известного способа.The basis of the claimed invention is tasked by choosing an oxidizing reagent and oxidation conditions to eliminate the disadvantages of the known method.
Поставленная задача решается тем, что согласно способу функционализации углеродных наноматериалов, включающему обработку углеродного наноматериала окислителем в газовой фазе, в качестве окислителя используют пары перекиси водорода.The problem is solved in that according to the method of functionalization of carbon nanomaterials, including the processing of carbon nanomaterial with an oxidizing agent in the gas phase, hydrogen peroxide vapor is used as an oxidizing agent.
Обработку углеродного наноматериала парами перекиси водорода проводят при температуре от 80°С до 160°С в течение 1-100 ч.The treatment of carbon nanomaterial with vapors of hydrogen peroxide is carried out at a temperature of from 80 ° C to 160 ° C for 1-100 hours
Процесс обработки углеродного наноматериала парами перекиси водорода проводят в псевдоожиженном слое углеродного наноматериала.The process of treating carbon nanomaterial with hydrogen peroxide vapor is carried out in a fluidized bed of carbon nanomaterial.
Обработка углеродного наноматериала окислителем в газовой фазе, при которой в качестве окислителя используют пары перекиси водорода, обеспечивает эффективность процесса функционализации за счет исключения дефектов поверхности и потери массы материала в связи с окислением до СО2, позволяет отказаться от применения специальных коррозионностойких материалов, характеризуется нетоксичностью конечных продуктов. Способ газофазной функционализации является экологически безопасным.The treatment of carbon nanomaterial with an oxidizing agent in the gas phase, in which hydrogen peroxide vapor is used as an oxidizing agent, ensures the efficiency of the functionalization process by eliminating surface defects and material weight loss due to oxidation to CO 2 , eliminating the use of special corrosion-resistant materials, characterized by non-toxic end products. The method of gas-phase functionalization is environmentally friendly.
В качестве окислителя могут быть использованы водные растворы перекиси водорода концентрацией 10-40 мас.%. Наиболее эффективно заявляемый способ осуществляется при обработке углеродных нанотрубок парами 37%-ного раствора окислителя при 120°С в течение 10 часов. При меньшей концентрации перекиси водорода и более низких температурах не достигается необходимая степень функционализации УНТ. При более высоких температурах может происходить термическое разложение и дезактивация перекиси водорода в объеме аппарата, вследствие чего снижается эффективность процесса. Расход раствора перекиси водорода составляет 10-20 мл раствора перекиси водорода на 1 г УНТ / ч.As an oxidizing agent, aqueous solutions of hydrogen peroxide with a concentration of 10-40 wt.% Can be used. The most effectively claimed method is carried out when processing carbon nanotubes in pairs of a 37% solution of an oxidizing agent at 120 ° C for 10 hours. At a lower concentration of hydrogen peroxide and lower temperatures, the necessary degree of functionalization of CNTs is not achieved. At higher temperatures, thermal decomposition and deactivation of hydrogen peroxide in the volume of the apparatus can occur, as a result of which the efficiency of the process is reduced. The consumption of hydrogen peroxide solution is 10-20 ml of hydrogen peroxide solution per 1 g of CNT / h.
Ниже приведены данные, доказывающие возможность осуществления заявляемого изобретения и его эффективность.The following are data proving the feasibility of the claimed invention and its effectiveness.
Для осуществления заявляемого способа применяли следующие исходные вещества и оборудование:For the implementation of the proposed method, the following starting materials and equipment were used:
Углеродные нанотрубки марок «Таунит-М» и «Таунит-МД» производства ООО «НаноТехЦентр», Тамбов.Carbon nanotubes of Taunit-M and Taunit-MD brands manufactured by NanoTechCenter LLC, Tambov.
Перекись водорода медицинская марки А, ГОСТ 177-88, в виде водного раствора 30-40%-ной концентрации.Hydrogen peroxide medical grade A, GOST 177-88, in the form of an aqueous solution of 30-40% concentration.
Баллон с аргоном.Cylinder with argon.
Сушильный шкаф.Drying cabinet.
Дозатор шприцевой ДШВ-01.Dispenser syringe DShV-01.
Стеклянная коническая колба емкостью 1 л, снабженная трубками для подачи перекиси водорода, аргона и отвода газообразных продуктов реакции.A glass conical flask with a capacity of 1 l, equipped with tubes for supplying hydrogen peroxide, argon and the removal of gaseous reaction products.
Лабораторная установка для газофазной функционализации с псевдоожиженным слоем УНТ.Laboratory installation for gas-phase functionalization with a CNT fluidized bed.
Пример 1Example 1
В коническую колбу, снабженную трубками для подачи перекиси водорода, аргона и отвода газообразных продуктов реакции, поместили 5 г УНТ «Таунит-М». Колбу с УНТ поставили в сушильный шкаф, нагретый до 120°С. В течение 30 минут в колбу подавали аргон для удаления воздуха. Затем начали подавать 37%-ный раствор перекиси водорода со скоростью 1 мл/мин. Процесс проводился в течение 5; 10; 15 и 20 часов. После этого колбу с УНТ постепенно охладили.In a conical flask equipped with tubes for supplying hydrogen peroxide, argon and the removal of gaseous reaction products, 5 g CNT Taunit-M were placed. The CNT flask was placed in an oven heated to 120 ° C. Argon was introduced into the flask for 30 minutes to remove air. Then began to serve a 37% solution of hydrogen peroxide at a speed of 1 ml / min. The process was carried out for 5; 10; 15 and 20 hours. After this, the CNT flask was gradually cooled.
Поступающий в колбу раствор перекиси водорода испарялся. УНТ обрабатывались образовавшейся смесью водяных паров с газообразной перекисью водорода, в которой мольное соотношение n(Н2O): n(Н2O2) составляло 3,6: 1. В результате протекания процесса перекись водорода разлагалась, на выходе из реактора присутствовали лишь водяные пары. Поэтому данный способ газофазной функционализации является экологически безопасным. Для удаления остаточных паров окислителя по окончании экспериментов продувка аргоном длилась 1 час.The hydrogen peroxide solution entering the flask was evaporated. CNTs were treated with the resulting mixture of water vapor with gaseous hydrogen peroxide, in which the molar ratio n (Н 2 O): n (Н 2 O 2 ) was 3.6: 1. As a result of the process, hydrogen peroxide decomposed, only water vapor. Therefore, this method of gas-phase functionalization is environmentally friendly. To remove residual oxidizer vapors, at the end of the experiments, argon purging lasted 1 hour.
На фиг. 1 показаны ИК-спектры исходных и функционализированных в парах Н2O2 образцов «Таунита-М» и их изменение при окислении в парах Н2O2. Они подтверждают эффективность данного способа окисления с позиций изменения качественного состава функциональных групп на поверхности УНТ. В результате на поверхности углеродных нанотрубок появляются кислородсодержащие группы (О-Н и С=0). С увеличением продолжительности эксперимента площадь соответствующих им пиков увеличивается. Также по спектральным линиям можно сделать вывод, что при 20-часовой обработке УНМ в парах пероксида водорода получаются мелкие частицы, хорошо распределяющиеся в полярной мартице (KBr). Это подтверждается отсутствием рассеивания РЖ-лучей и параллельностью базовой спектральной и нулевой линий.In FIG. Figure 1 shows the IR spectra of the initial and functionalized Taunita-M samples in H 2 O 2 vapors and their change during oxidation in H 2 O 2 vapors. They confirm the effectiveness of this oxidation method from the standpoint of changing the qualitative composition of functional groups on the surface of CNTs. As a result, oxygen-containing groups appear on the surface of carbon nanotubes (О-Н and С = 0). With an increase in the duration of the experiment, the area of the corresponding peaks increases. It can also be concluded from the spectral lines that during a 20-hour treatment of CNMs, small particles are obtained in hydrogen peroxide vapor that are well distributed in polar martica (KBr). This is confirmed by the absence of scattering of RG rays and the parallelism of the base spectral and zero lines.
Были также проанализированы РФЭ-спектры исходных углеродных нанотрубок. На фиг.2 приведена таблица, показывающая содержание поверхностных функциональных групп (ат.%) по данным РФЭ-спектроскопии, а также после окисления в парах азотной кислоты и в парах перекиси водорода (продолжительность окисления в обоих случаях - 20 часов, температура процессов - 140°С).The XPS spectra of the initial carbon nanotubes were also analyzed. Figure 2 shows a table showing the content of surface functional groups (at.%) According to X-ray spectroscopy, as well as after oxidation in nitric acid vapors and in hydrogen peroxide vapor (oxidation time in both cases - 20 hours, process temperature - 140 ° C).
Безусловно, выдержка в парах азотной кислоты приводит к более глубокому окислению материала, что выражается в большем количестве связей С=0, однако при этом и дефектность поверхности, выражаемая долей углеродных атомов, находящихся в sр3-состоянии, выше. Кроме того, количество полярных ОН-групп выше в случае окисления в парах перекиси водорода. А это может быть полезнее при распределении материала в полярных матрицах, чем глубина окисления углеродного наноматериала.Of course, exposure to nitric acid vapors leads to a deeper oxidation of the material, which is expressed in a larger number of C = 0 bonds, but at the same time, surface imperfection, expressed by the fraction of carbon atoms in the sp 3 state, is higher. In addition, the number of polar OH groups is higher in the case of oxidation in hydrogen peroxide vapor. And this can be more useful in the distribution of material in polar matrices than the depth of oxidation of carbon nanomaterial.
Пример 2Example 2
В лабораторную установку для газофазной функционализации УНТ с псевдоожиженным слоем УНТ загружено 20 г «Таунита-МД». Реакционную камеру нагрели до 120°С. Затем с помощью парогазовой смеси на основе подогретых паров 37%-ного раствора перекиси водорода привели УНТ в псевдоожиженное состояние. Расход перекиси водорода снижен в 2 раза по сравнению с процессом, проведенным в примере 1 со стационарным слоем УНТ. Процесс проводили в течение 10 и 20 часов. По его окончании через слой УНТ в течение 30 минут продували аргон для удаления паров. После чего реакционную камеру охладили и извлекли материал.In a laboratory installation for the gas-phase functionalization of CNTs with a fluidized bed of CNTs, 20 g of Taunita-MD are loaded. The reaction chamber was heated to 120 ° C. Then, using a vapor – gas mixture based on heated vapors of a 37% hydrogen peroxide solution, CNTs were brought into a fluidized state. The consumption of hydrogen peroxide is reduced by 2 times compared with the process carried out in example 1 with a stationary layer of CNTs. The process was carried out for 10 and 20 hours. At the end, argon was purged through the CNT layer for 30 minutes to remove vapors. After that, the reaction chamber was cooled and material recovered.
Полученные функционализированные нанотрубки полностью сохранили морфологию исходного материала (пучки параллельно расположенных углеродных нанотрубок), чего не удается достичь при жидкофазном окислении, когда происходит спутывание и агломерация нанотрубок, составляющих пучки в исходном материале. На поверхности материала также появляются кислородсодержащие группы (OH и C=O), что обнаруживается с помощью спектральных исследований, результаты которых полностью идентичны приведенным в примере 1. Таким образом, для проведения процесса подходит аппарат с псевдоожиженным слоем УНТ. Такой режим позволяет сократить расход окисляющего реагента вдвое при сохранении характеристик, показывающих эффективность окисления углеродного наноматериала.The obtained functionalized nanotubes completely preserved the morphology of the starting material (bundles of parallel arranged carbon nanotubes), which cannot be achieved during liquid-phase oxidation, when entanglement and agglomeration of nanotubes constituting the bundles in the starting material occurs. Oxygen-containing groups (OH and C = O) also appear on the surface of the material, which is detected by spectral studies, the results of which are completely identical to those shown in Example 1. Thus, an apparatus with a CNT fluidized bed is suitable for the process. This mode allows to reduce the consumption of oxidizing reagent by half while maintaining the characteristics showing the efficiency of oxidation of carbon nanomaterial.
Пример 3Example 3
Проведен ряд опытов по окислению УНТ «Таунит-М» в парах перекиси водорода по методике, описанной в опыте 1 при температурах окисления 80; 100; 140; 160; 180°C в течение 10 часов. Исходные и полученные материалы анализировались на содержание кислорода методом энергодисперсионного анализа.A series of experiments on the oxidation of CNT “Taunit-M” in hydrogen peroxide vapor was carried out according to the procedure described in
Оценивалась степень дефектности поверхностных графеновых слоев углеродных нанотрубок до и после окисления в парах перекиси водорода по соотношению характерных мод D и G на спектрах комбинационного рассеяния (КР). Спектры КР образцов УНТ исследовались на Раман-аморфной поликристаллической подложке из Al2O3 с помощью прибора Integra Spectra, НТ МДТ (длина волны возбуждающего лазера 473 нм).The degree of imperfection of the surface graphene layers of carbon nanotubes before and after oxidation in hydrogen peroxide vapor was estimated from the ratio of the characteristic D and G modes in Raman spectra. The Raman spectra of the CNT samples were studied on a Raman-amorphous polycrystalline substrate of Al 2 O 3 using an Integra Spectra instrument, NT MDT (wavelength of the exciting laser 473 nm).
В исходных УНТ кислорода не обнаружено. Результаты испытаний окисленных образцов приведены в таблице 2.No oxygen was detected in the initial CNTs. The test results of the oxidized samples are shown in table 2.
При температуре ниже 100°C газофазное окисление невозможно, т.к. пары воды, являющейся растворителем перекиси водорода и выделяющейся в ходе процесса, конденсируются. При температуре 100°C в образцах содержится 2 масс.% кислорода, входящего в состав формирующихся при окислении на поверхности и в объеме углеродного наноматериала функциональных групп. При 120°C массовое содержание кислорода достигает значения около 6 масс.% и практически не изменяется в интервале температур от 120 до 180°C.At temperatures below 100 ° C, gas-phase oxidation is not possible, because vapors of water, which is a solvent of hydrogen peroxide and released during the process, condense. At a temperature of 100 ° C, the samples contain 2 wt.% Oxygen, which is part of the functional groups formed during oxidation on the surface and in the volume of carbon nanomaterial. At 120 ° C, the mass oxygen content reaches a value of about 6 wt.% And practically does not change in the temperature range from 120 to 180 ° C.
Однако анализ спектров КР (таблица 3) показывает нецелесообразность окисления при температуре выше 160°C, т.к. при 180°C величина соотношения D/G спектров КР становится гораздо выше, чем у исходного материала, что указывает на деструктивные изменения поверхности углеродных нанотрубок при такой температуре.However, the analysis of Raman spectra (table 3) shows the inappropriateness of oxidation at temperatures above 160 ° C, because at 180 ° C, the D / G ratio of Raman spectra becomes much higher than that of the starting material, which indicates destructive changes in the surface of carbon nanotubes at this temperature.
Таким образом, в данном примере показана целесообразность выбора температурного интервала окисления углеродных наноматериалов в парах перекиси водорода (от 100 до 160°C).Thus, in this example, the feasibility of choosing the temperature range for the oxidation of carbon nanomaterials in hydrogen peroxide vapor (from 100 to 160 ° C) is shown.
Пример 4Example 4
Проведен ряд опытов по окислению УНТ «Таунит-М» в парах перекиси водорода по методике, описанной в опыте 1 при температуре окисления 160°C в течение 0,5; 1; 10; 20; 60; 100; 110 часов. Исходные и полученные материалы анализировались на содержание кислорода методом энергодисперсионного анализа.A number of experiments on the oxidation of CNT “Taunit-M” in hydrogen peroxide vapor were carried out according to the procedure described in
Анализ сведений, представленных в табл.4, показывает, что при обработке углеродных нанотрубок продолжительностью менее 1 часа количество кислорода, входящего в состав поверхностных функциональных групп, оказывается очень невелико (менее 1 масс.%), что свидетельствует о недостаточном эффекте окисления.An analysis of the information presented in Table 4 shows that when processing carbon nanotubes for less than 1 hour, the amount of oxygen that is part of the surface functional groups is very small (less than 1 wt.%), Which indicates an insufficient oxidation effect.
При 1-часовой обработке образец содержит 1,8 масс.% кислорода, что бывает достаточно для ряда применений функционализированных углеродных нанотрубок. С ростом продолжительности обработки до 100 часов содержание кислорода в образцах увеличивается. А при более длительной обработке рост содержания кислорода в образцах, тождественный степени функционализации поверхности углеродных нанотрубок кислородсодержащими функциональными группами, прекращается. Это свидетельствует о нецелесообразности обработки углеродных наноматериалов в парах перекиси водорода продолжительностью более 100 часов.During 1-hour processing, the sample contains 1.8 wt.% Oxygen, which is sufficient for a number of applications of functionalized carbon nanotubes. With an increase in processing time up to 100 hours, the oxygen content in the samples increases. And with a longer treatment, the increase in the oxygen content in the samples, which is identical to the degree of functionalization of the surface of carbon nanotubes with oxygen-containing functional groups, ceases. This indicates the inappropriateness of processing carbon nanomaterials in hydrogen peroxide vapor lasting more than 100 hours.
Варьируя время процесса в интервале от 1 до 100 часов возможно получение углеродных наноматериалов с заданной степенью функционализации.Varying the process time in the range from 1 to 100 hours, it is possible to obtain carbon nanomaterials with a given degree of functionalization.
Таким образом, в данном примере установлено оптимальное время обработки углеродных наноматериалов в парах перекиси водорода (от 1 до 100 часов).Thus, in this example, the optimal processing time for carbon nanomaterials in hydrogen peroxide vapor was established (from 1 to 100 hours).
Изобретение характеризуется высокой эффективностью, отсутствием токсичных продуктов окисления, малым расходом реагентов по сравнению с известными способами, легко масштабируется.The invention is characterized by high efficiency, the absence of toxic oxidation products, low consumption of reagents in comparison with known methods, is easily scalable.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148093/05A RU2529217C2 (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Method of functionalisation of carbon nanomaterials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148093/05A RU2529217C2 (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Method of functionalisation of carbon nanomaterials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012148093A RU2012148093A (en) | 2014-05-20 |
| RU2529217C2 true RU2529217C2 (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=50695509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012148093/05A RU2529217C2 (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Method of functionalisation of carbon nanomaterials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2529217C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307068C2 (en) * | 2005-03-11 | 2007-09-27 | Закрытое акционерное общество "Инновации ленинградских институтов и предприятий" (ЗАО ИЛИП) | Method of production of the nanocarbonic material |
| RU2437832C2 (en) * | 2005-11-16 | 2011-12-27 | Канату Ой (Финляндия) | Carbon nanotubes functionalised with fullerenes |
-
2012
- 2012-11-12 RU RU2012148093/05A patent/RU2529217C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307068C2 (en) * | 2005-03-11 | 2007-09-27 | Закрытое акционерное общество "Инновации ленинградских институтов и предприятий" (ЗАО ИЛИП) | Method of production of the nanocarbonic material |
| RU2437832C2 (en) * | 2005-11-16 | 2011-12-27 | Канату Ой (Финляндия) | Carbon nanotubes functionalised with fullerenes |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIA W. Et al "A highly efficient gasphase rouete. for the oxygen functionalization of carbon. nanotubes basedjn nitric asid vapor", Carbon. 2009, vol.47, p.919-922. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012148093A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101034580B1 (en) | Continuous method and apparatus of functionalizing Carbon Nanotube | |
| KR101034579B1 (en) | Continuous methods and apparatus of functionalizing Carbon Nanotube | |
| Vuković et al. | Synthesis, characterization and cytotoxicity of surface amino-functionalized water-dispersible multi-walled carbon nanotubes | |
| Naseh et al. | Functionalization of carbon nanotubes using nitric acid oxidation and DBD plasma | |
| JP5514201B2 (en) | Method for producing functionalized carbon nanomaterials | |
| US20140248442A1 (en) | Installation and method for the functionalization of particulate and powdered products | |
| JP4944923B2 (en) | Method and apparatus for continuous surface treatment of carbon nanotubes | |
| Quintana et al. | Liquid-phase exfoliated graphene: functionalization, characterization, and applications | |
| Del Pino et al. | Deposition of functionalized single wall carbon nanotubes through matrix assisted pulsed laser evaporation | |
| US8540959B2 (en) | Bulk cutting of carbon nanotubes using electron beam irradiation | |
| Lone et al. | Growth of single wall carbon nanotubes using PECVD technique: An efficient chemiresistor gas sensor | |
| KR20090006912A (en) | Method and apparatus for modifying carbon nanotube using plasma | |
| Panchakarla et al. | Covalent and non-covalent functionalization and solubilization of double-walled carbon nanotubes in nonpolar and aqueous media | |
| RU2529217C2 (en) | Method of functionalisation of carbon nanomaterials | |
| Pourfayaz et al. | Rapid and enhanced functionalization of MWCNTs in a dielectric barrier discharge plasma in presence of diluted CO 2 | |
| Takahashi et al. | Isolation of single-wall carbon nanotube bundles through gelatin wrapping and unwrapping processes | |
| R Loos et al. | Plasma modification of carbon nanotubes | |
| Tabata et al. | Laser ablation of diamond particles suspended in ethanol: Effective formation of long polyynes | |
| Zhou et al. | Efficient chlorine atom functionalization at nanodiamond surfaces by electron beam irradiation | |
| US20060251564A1 (en) | Carbon nanomaterial purification method | |
| Chajara et al. | The reagent-free, microwave-assisted purification of carbon nanotubes | |
| US11014818B2 (en) | Process for producing graphene oxide products and uses thereof | |
| Krysak et al. | Gas-phase surface functionalization of multi-walled carbon nanotubes with vacuum UV photo-oxidation | |
| KR100579319B1 (en) | apparatus of processing carbon nanotubes and method thereof | |
| Rahman et al. | Functionalization of single-walled carbon nanotubes by citric acid/oxygen plasma treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181113 |