[发明专利]官能化碳纳米管的连续方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及官能化碳纳米管的连续方法和装置，更具体而言，涉及 在亚临界水或超临界水条件下使用硝基化合物氧化剂以改善分散性的官 能化碳纳米管的连续方法和装置。

背景技术

碳纳米管(下文中称作CNT)结构最先于1991年发现。已经对碳 纳米管的合成、物理性质和应用进行了积极的研究。此外，还已经确认， 通过在放电时加入诸如铁(Fe)、镍(Ni)和钴(Co)等过渡金属可以产 生CNT。全面研究从1996年利用激光蒸发法制备出了大量样品开始。 CNT采取的是一种圆形卷绕中空管形式，其石墨表面具有纳米尺寸的直 径。此时，根据卷绕角度和石墨表面结构，CNT具有诸如导体、半导体 等电特性。此外，根据石墨壁的数量，CNT分为单壁碳纳米管(SWCNT)、 双壁碳纳米管(DWCNT)、薄多壁碳纳米管、多壁碳纳米管(MWCNT) 和绳状碳纳米管。

特别是，CNT具有优异的机械强度或弹性强度、化学稳定性、环境 友好性和电导体和半导体性能，并具有比现有任何材料都高的纵横比， 其中所述纵横比可达大约1,000，因为其直径为1nm至数十纳米，而长 度为数微米至数十微米。此外，CNT具有非常大的比表面积。结果，CNT 作为先进的新型材料引起了人们的兴趣，它将在下一代信息电子材料、 高效能源材料、高功能复合材料、环境友好型材料等领域中领导21世纪 新潮流。

然而，虽然CNT具有种种优点，但因CNT具有非常严重的聚集现 象和很大的疏水性，CNT在与其它介质的混合性方面很差，并且除水以 外对于有机溶剂也不具有溶解性。因此，为了在保持CNT所具有的优点 的同时扩展其应用，需要能够提高与各种介质的相容性并且使分散效率 良好的方法。作为提高与CNT的相容性的技术，有一种能够在表面上提 供分离特性的官能团取代技术，例如，如韩国专利450,029号公报所述， 有一种在真空和惰性气体氛围下使用诸如氢氧化钾、氢氧化钠等强碱提 高CNT比表面积的方法，和如韩国专利2001-102598号公报、2005-9711 号公报和2007-114553号公报所述，有一种使用强酸或强碱官能化CNT 的方法。

然而，由于上述技术使用诸如硝酸、硫酸等强酸或者诸如氢氧化钾、 氢氧化钠等强碱，因而对于环境有害、不易于处理，并能导致反应器腐 蚀。此外，这些技术还需要诸如洗涤用过的酸和碱的处理等进一步处理， 或者会产生大量的有害废物。另外，由于这些技术具有很长的反应时间 和有限的生产能力，因而效率很低，而且，为了在表面上提供除氧以外 的官能团，这些技术需要分离处理，因此会消耗很多成本和时间。

此外，韩国专利2005-16640号公报公开了一种通过在反应室中热解 液体来制备碳纳米管或氮添加碳纳米管的方法，所述液体包括一个或多 个碳的液体烃前体，碳原子、氮原子和可选的氢原子和/或由诸如氧的其 它化学元素的原子组成的一个或多个碳和氮的液体化合物前体，和可选 的一个或多个催化金属的金属化合物前体。然而，当制备所述氮添加碳 纳米管时，所述金属化合物前体作为催化剂加入，以致反应后的催化剂 处理很棘手，且通过引进特定装置来进行反应也由于针型阀的使用而很 棘手。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个目的是提供使用硝基化合物而不用 强酸或强碱在亚临界水或超临界水条件下官能化碳纳米管的连续方法和 装置。

为了达到上述目的，本发明提供了官能化碳纳米管的连续方法，所 述方法包括：通过在50atm～400atm的亚临界水或超临界水条件下处理 包含以下化学式1的硝基化合物的碳纳米管溶液和包含用于形成硝酸的 氧化剂的碳纳米管混合物来制备官能化产物，

[化学式1]

R-(NO_x)_y

在化学式1中，R表示C1～C7的烷基基团或C6～C20的芳基基团 且x和y独立地表示1～3的整数。

此外，本发明提供了根据上述方法的连续官能化碳纳米管。