[发明专利]分步萃取法分离碳纳米管的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种分离碳纳米管的方法，特别是一种分步萃取法分离碳纳米管的方法。

背景技术

    自从1991年日本电气公司(NEC)基础研究实验室的饭岛(Sumio Lijima)发现了碳纳米管，作为新型的纳米材料，以其独特的物理、化学特征、重要的基础研究意义及在分子器件和复合材料等领域的潜在应用价值，日益受到人们的关注。

    碳纳米管的性质因其长度的不同而有所差别，但是目前在生产碳纳米管的生产方法中，不管是催化裂解法，化学气象沉淀法或是其他方法，不同批次得到碳纳米管的长度相差很大。碳纳米管因其表面的不活泼性，通常需要进行酸化处理，而经处理后的碳纳米管也会出现碳管长短相差很大的现象，其长度差别可以达到10倍，甚至100倍。

    纳米材料的生物安全性一直以来都是一个颇具争议的议题，也是纳米材料得到广泛应用之前必须解决的问题。在研究碳纳米管的生物安全性实验当中，通常因其长度的较大差异，而很难判断碳纳米管长度对其自身毒性的影响。分离出尺寸范围窄的碳纳米管，对其毒性的研究和深入应用具有非常重要的意义。

    现今分离不同长度碳纳米管的方法主要有密度梯度离心法以及各种不同的色谱技术。但是这些技术分离所得的碳纳米管的量少，且实验周期长，分离的效果也不是很好。

发明内容

    本发明的目的是提供一种采用分步萃取法分离不同长度的碳纳米管的方法。

    为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

    a.将用混酸处理过的碳纳米管配成浓度为0.5～1毫克/毫升的水溶液，超声分散，使碳纳米管充分分散；

b.按碳纳米管：十六胺的质量比为10—15:1的质量比，在步骤a所得分散液中加入十六胺的乙酸乙酯溶液，在60摄氏度下超声反应30分钟后，静置10分钟；将含有碳纳米管的上层乙酸乙酯溶液取出，超声处理5min，使溶液中的碳纳米管分散均匀，去除乙酸乙酯，即得碳纳米管；

c.重复步骤b，直到液相中的碳纳米管全部被萃取为止，得到不同长度的碳纳米管。

上述的碳纳米管为多壁碳纳米管。

    分步萃取法是利用萃取剂将不同长度的碳纳米管依次从水相中萃取到油相的方法，即利用不同长度的碳纳米管与萃取剂的结合力不同，使其得到按不同长度分离的方法。该法的优点是：①分离效果好，可一次获得较纯颗粒；②保持颗粒性质，无需进一步进行化学修饰，不会破坏颗粒固有的结构和性质。

    本发明采用分步萃取法来分离碳纳米管，使得最终能分离得到尺寸连续且范围较窄的碳纳米管。本发明方法工艺简单，操作方便，可以实现工业化生产。并可应用于药物载体和电子器件等领域。

    有关本发明的机理叙述如下： 经酸化的碳纳米管，表面含有大量羧基，具有一定的亲水性，加入十六胺之后，在一定温度下，羧基会与十六胺的氨基结合，使之表面具有疏水性从而进入油相。较短的碳纳米管具有更大的比表面积，单位体积能结合的十六胺分子也就更多，疏水性也就更强，更容易进入油相。而且，碳纳米管属于胶体粒子，粒子之间存在范德华力，粒子质量越大，范德华力也越大，这也使得较短的碳纳米管具有更小的阻力而更容易被萃取到油相。

附图说明

    图1是本发明实施例中经萃取后样品1中碳纳米管的TEM电镜照片。

    图2是本发明实施例中经萃取后样品3中碳纳米管的TEM电镜照片。

    图3是本发明实施例中经萃取后样品5中碳纳米管的TEM电镜照片。

具体实施方式

    现将本发明的实施例叙述于后。

    实施例：本实施例中的具体步骤如下所述：

    (1) 首先，用电子天平称取20 mg经混酸（V_浓硫酸：V_浓硝酸＝3：1）超声处理后的多壁碳纳米管，将多壁碳纳米管超声充分分散于15 毫升 去离子水中，形成碳纳米管分散液，置于离心管中。

    (2) 在碳纳米管分散液上层加入15毫升的含有0.4毫克十六胺的乙酸乙酯溶液。

    (3) 将离心管置于60摄氏度的超声池中反应30分钟，之后将其置于桌面静置10分钟。

    (4) 将离心管上层含有碳纳米管的乙酸乙酯溶液取出，置于小试管中，并对其超声处理5分钟，随后用滴管吸取少量样品溶液滴于铜网之上，待铜网在室温下自然干燥后，即得碳纳米管，并标记为1号样品。