[发明专利]一种用于自动化连续色谱分离单壁碳纳米管的方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种用于自动化连续色谱分离单壁碳纳米管的方法，特别是涉及自动化连续从单壁碳纳米管中分离出得清晰可辨、结构单一且电学性质稳定的单壁碳纳米管的简单方法。

背景技术

1991年lijima发现碳纳米管是继C₆₀发现以来碳化学领域的又一世人瞩目的重大发现。碳纳米管(carbon nanotubes简称CNTs)可看成是六元环组成的石墨烯片层卷曲而成的无缝、中空管。这种独特的结构特征使其具有特殊的电学性质和超强的力学性能，在电子器件、复合材料、储氢材料、化学和生物传感器等方面显示出良好的应用前景。

然而这些研究和应用面临一个巨大挑战就是CNTs的分离。因为现有的制备技术得到的都是结构和性能多分散的CNTs，各种结构和性能的CNTs混合体大大地限制了其在分子电子学和光电学等领域的进一步研究及应用。

为了实现基于单壁碳纳米管电学特性的应用和生物毒理性能的准确防护，最为关键的任务是找到一种能够自动化、连续分离CNTs的简单方法。为了突破这个问题，研究者们采用了多种方法对生长的碳纳米管进行分离，比如：原子电导分离、选择性氧化分离、电子击穿、超速离心机分离和场流仪分离、色谱法分离。专利CN200610113211.1采用光刻方法在含二氧化硅的衬底上制备金电极，利用聚焦离子束在电极上刻出若干个间隙浸入到单壁碳纳米管的DMF溶液中，在2～8V、频率为1～10Hz的电场作用下，将金属性和半导体性单壁碳纳米管同步分离。专利CN200710159924.6中，主要将碳纳米管经化学或生物方法改性分散在介质中，再采用吸附剂将特定改性的碳纳米管分离。专利CN200910182678.5采用电泳、离心或冻结挤压的方法，分离用介质与金属性或半导体性碳纳米管的选择吸附性与富集作用形成半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管富集区，实现金属性和半导体性碳纳米管的分离。

Tanaka【Takeshi Tanaka，Yasuko Urabe，Daisuke Nishide，Hiromichi Kataural，Continuous Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes Using Agarose Gel，Applied Physics Express2(2009)125002】采用琼脂糖凝胶作为色谱柱填料分离出金属和非金属的单壁碳纳米管与本发明方法原理最为相近。此方法在注射器中填充了3-5cm高的凝胶，手动加入流动相。但是这种方法是采用注射器作为分离工具的载体，因为注射器不能封闭，流动相不能持续、不间断、匀速可控的加入，另一方面注射器柱程高度只有4cm-10cm，分离碳纳米管量少，远远不能满足分离需要；另外分离过程中采用手动加入流动相，不能自动化连续进行CNTs分离。。

色谱柱分离方法是一种成熟的商业分离高分子材料方法，但是不适用于CNTs分离。因为CNTs虽然直径只有1-2nm，但是长度可以达到微米，不能像高分子材料那样溶胀在溶剂中，而只能分散在溶液中。CNTs不通过缓冲、过滤直接进入色谱柱，将会堵塞色谱柱，使色谱柱失效。

发明内容

本专利通过独特设计色谱柱作为分离工具，通过填充不同高度的不同填料满足碳纳米管分离需求。主要发明是在常规色谱柱两个端口处分别增加软质过滤网和硬质过滤网，起到缓冲和过滤作用，使不同浓度单壁碳纳米管顺利通过色谱柱的进样口和出样口，而不累积或堵塞样品流进和流出色谱柱端口，达到自动化连续色谱分离单壁碳纳米管的目的。

本发明是这样实现的。

本发明是一种用于自动化连续色谱分离单壁碳纳米管的方法，其特征在于：

所述的方法通过独特设计的色谱柱，选择不同孔径和高度的色谱柱填料，采用不同的流动相、按单壁碳纳米管长度分布、实现金属性和半导体性单壁碳纳米管的分离。

在具体实施中，

所述的独特设计色谱柱为在常规色谱柱两个端口处分别增加设计软质过滤网和硬质过滤网，使不同浓度单壁碳纳米管顺利通过进样口和出样口，而不累积或堵塞样品流进和流出色谱柱端口，达到自动化连续色谱分离单壁碳纳米管的目的。

所述的软质过滤网为采用聚合物材料或碳纤维材料制造而成的、具有一定孔径的软质过滤网，孔径尺寸100μm-1000μm，厚度为1-5cm。具有缓冲单壁碳纳米管流经色谱柱端口的速度，避免单壁碳纳米管在端口的堆积。