[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 通过在亚临界水或超临界水条件下供给官能化合物而官能化碳纳米管的 连续方法。

背景技术

碳纳米管(下文中称作CNT)结构最初发现于1991年。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)、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采取的是一种圆卷绕的中空管形式，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(roped)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 友好性以及电导体和半导体性质，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引领21世纪 新潮流。

然而，虽然CNT具有种种优点，但由于CNT具有非常严重的聚集 现象和很大的疏水性，因此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的优点 的同时扩展其应用，需要能够提高其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号公报所述的 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，如韩国专利公开2001-102598号公报、2005-9711号公 报和2007-114553号公报所述的使用强酸或强碱来官能化CNT的方法， 以及如参考文献Chem.Rev，2006，106，1105-1136所述的通过在使用强酸 或强碱的同时使用有机/无机化合物的数个步骤的过程来提供官能团的方 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、不易于操作，并能导致反应器腐 蚀。此外，由于上述技术使用有机/无机材料，因此可能产生大量的有害 废物。另外，由于这些技术具有较长的反应时间和有限的生产能力(例 如经历数个反应步骤)，因而效率很低，而且，这些技术为了在表面上提 供除氧以外的官能团而需要分离处理，因此会消耗很多成本和时间。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种通过使用连续装置 在亚临界水或超临界水条件下连续供给官能化合物而不进行分离的官能 化处理来官能化碳纳米管的连续方法。

为了实现上述目的，提供了一种官能化碳纳米管的连续方法，所述 方法包括：在50atm～400atm的压力和100℃～600℃的温度下将具有一 个或更多个官能团的官能化合物供给至50atm～400atm的亚临界水或超 临界水条件下的官能化反应器中以获得官能化产物。

此外，还提供一种官能化碳纳米管的连续装置，所述装置包括：在 50atm～400atm的压力下将包含氧化剂的碳纳米管混合物供给至其中的 预热器；在50atm～400atm的压力和100℃～600℃的温度下将具有一个 或更多个官能团的官能化合物供给至在50atm～400atm的亚临界水或超 临界水条件下使所述预热器中获得的所述混合物官能化的官能化反应 器；将所述官能化反应器中得到的官能化产物冷却至0℃～100℃并将其 降压至1atm～10atm的冷却和降压部件；和回收在所述冷却和降压部件 中得到的所述产物的产物储存部件。

此外，本发明提供根据上述方法连续官能化的碳纳米管。

下面将参考附图详细描述本发明的一个示例性实例。首先应该注意， 在所有附图中，相同的组件或部件用相同的附图标记表示。在描述本发 明时，为清晰表达本发明主题起见，将省略对于相关的已知功能或构造 的详细描述。