[发明专利]一种纳米碳材料的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种纳米碳材料的处理方法。

背景技术

纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。包括碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳和石墨烯等。作为纳米碳材料的重要组成部分，碳纳米管(CNTs)是一维纳米碳材料，具有优异的物理、化学性质，如低密度、高模量、高强度、良好的导电性等，因此在基础研究和应用领域受到广泛的关注。根据碳纳米管中管壁的碳原子的层数可以分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)，多壁碳纳米管(MWNT)由不同直径的单壁碳纳米管(SWNT)套装而成。

在碳纳米管(CNTs)的制备过程中需要使用大量的金属催化剂以及非碳管碳等，该金属催化剂以及非碳管碳等残留在制备得到的碳纳米管表面形成杂质。碳纳米管表面的杂质严重阻碍了碳纳米管在各个领域中的应用。

目前，对碳纳米管的纯化处理方法已有很多文献报道，例如，在高真空条件下对碳纳米管煅烧，得到较高纯度的碳纳米管。但是，该方法反应条件苛刻，反应时间长，不易对碳纳米管大批量处理。常用的对碳纳米管的纯化方法还包括酸处理方法，即采用氧化性酸溶液，如硝酸溶液、硫酸溶液等对碳纳米管进行处理。酸处理能去除碳纳米管中的金属催化剂、氧化物催化剂、无定形碳等杂质，从而达到纯化的目的。例如，现有技术中公开了一种碳纳米管的纯化方法，该纯化方法采用浓度为100～1000ml/g的强酸溶液作为氧化剂，在高温状态下，对碳纳米管进行几十小时的加热回流反应。但是，该纯化方法在对碳纳米管的处理过程中，采用的氧化剂用量大、反应时间长，不适合大批量生产。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种纳米碳材料的处理方法，该处理方法可以对纳米碳材料纯化，氧化剂用量少，反应时间短。

本发明提供一种纳米碳材料的处理方法，包括：

在120～200℃下，将纳米碳材料与气态氧化剂在密闭容器中反应，所述气态氧化剂为盐酸和/或硝酸。

优选的，所述反应温度为160～200℃。

优选的，所述反应时间为0.5～5小时。

优选的，所述反应时间为2～5小时。

优选的，所述纳米碳材料为碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳或石墨烯。

优选的，所述气态氧化剂由如下方法制备：

将浓盐酸和/或浓硝酸加入密闭容器中，加热。

优选的，常温下所述盐酸的质量浓度为37％～38％。

优选的，常温下所述盐酸与所述纳米碳材料的体积质量比为0.3～10ml∶1g。

优选的，常温下所述硝酸的质量浓度为67％～68％。

优选的，常温下所述硝酸与所述纳米碳材料的体积质量比为0.5～10ml∶1g。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种纳米碳材料的处理方法，包括：在120～200℃下，将纳米碳材料与气态氧化剂在密闭容器中反应，所述气态氧化剂为盐酸和/或硝酸。本发明采用气态氧化剂与纳米碳材料反应的方法，由于氧化剂以气体分子形式存在，因此具备更高的氧化性，能够与所述纳米碳材料表面杂质充分、快速反应，从而能够实现对纳米碳材料的高效处理，达到对纳米碳材料纯化的目的。同时，与现有技术中将纳米碳材料与氧化剂在液相中反应相比，本发明采用的气态氧化剂所弥漫区域比气态氧化剂弥漫区域大得多，有利于纳米碳材料与气态氧化剂反应，加速纳米碳材料的纯化。因此，本发明提供的纳米碳材料的处理方法能够很好的对碳纳米材料纯化，氧化剂用量少，反应时间短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1处理的碳纳米管的氧化时间曲线；

图2为本发明实施例2处理的碳纳米管的氧化时间曲线；

图3为本发明实施例3处理的碳纳米管的氧化时间曲线；

图4为本发明实施例4处理的碳纳米管的氧化时间曲线；

图5为本发明实施例5处理的碳纳米管的氧化时间曲线；

图6为本发明提供的碳纳米管的表面基团的红外图谱；

图7为本发明实施例中采用的待处理的碳纳米管的扫描电镜图片；

图8为本发明实施例6处理后的去除了金属杂质的碳纳米管的扫描电镜图片；

图9为本发明实施例7处理后的碳纳米管的扫描电镜图片；