[发明专利]一种用改变离心速率法分离不同直径双壁碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用改变离心速率法分离不同尺寸双壁碳纳米管的方法，是一种通过聚合物修饰双壁碳纳米管并用离心等简便操作将其按照不同尺寸分离的方法。

背景技术

碳纳米管具有良好的电学性能和传统纤维无法比拟的优异性能,比如，低密度、高拉伸强度、高弹性模量、优异的柔韧性、良好的热稳定性和化学稳定性.双壁碳纳米管(DWCNTs)作为介于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管之间的一种特殊结构碳纳米管,由于潜在的应用价位及作为研究碳纳米管层间作用最简单和理想的模型开始得到高度重视.

近年来，通过各种方法分离不同尺寸的碳纳米管（CNTs）技术不断发展，已成为目前CNTs实际应用中的研究热点.但是，通过聚合物等分散助体的修饰条件下，利用浓硫酸(H2SO4)得到不同尺寸的DWCNTs并其电化学性能方面的研究鲜有报道.因此，复合后分离成为提升DWCNTs纯度的新的手段之一.

本发明利用聚合物修饰作用成功复合了DWCNTs/聚合物复合物并进行复合后分离操作，着重讨论了不同尺寸DWCNTs的性能变化，最终提供了具有高纯度相应尺寸的DWCNTs。

发明内容

本发明首先把聚[2-氨基嘧啶-9，9-二辛基芴]溶解在四氢呋喃(THF)溶剂中，采用超声的方法把聚合物充分的分散在THF溶剂中，在这溶液中放入原料双壁碳纳米管(DWCNTs)，通过超声获得均匀分散的DWCNTs/聚合物（下面均说复合物）混合液.此溶液在未离心、转速分别为100、500、1500rpm条件下分离，取出上清液得到了控制尺寸的DWCNTs/聚合物混合液，将上清液离心、过滤等手段，把复合物分离，提纯，再把复合物用浓H₂SO₄、去离子水和乙醇再次洗涤，在真空下干燥，得到了控制尺寸的，不同大小颗粒的纯化的碳纳米管.并采用UV-vis、拉曼、TG等测试手段对其进行研究，探讨其性能变化并确认高纯度响应的DWCNTs尺寸。

本发明的目的

本发明的目的之一是提供一种借助DWCNTs分散程度的聚合物并表明此聚合物的修饰作用.

本发明的目的之二是提供一种分离不同尺寸DWCNTs的方法.虽然分离DWCNTs尺寸方面的研究较多，但是通过分散助体的修饰条件下，利用浓硫酸的脱离作用，得到尺寸大小各不相同的DWCNTs并其纯度方面的研究鲜有报道.所以此研究有着潜在的应用前景.

本发明的目的之三是提供具有较高纯度的DWCNTs相应的尺寸。

附图说明

图 1：聚合物（a）、复合物（b）和脱离过程（c~e）实拍图（b：0rpm、c：100rpm、d：500rpm、e：1500rpm）

图 2：复合物的远紫外可见吸收光谱；

图 3：原始双壁碳纳米管、复合物和未离心时脱离的双壁碳纳米管的拉曼光谱扩展图；

图 4：原始双壁碳纳米管、复合物和未离心时脱离的双壁碳纳米管热重分析图；

图 5：聚合物/双壁碳纳米管复合物的TEM图；

图 6：不同离心速率下脱离的双壁碳纳米管的TEM图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明：

聚合物的合成

在100ml聚合瓶中通入氩气，搅拌下依次加入2-氨基-4,6-二碘嘧啶(0.4160 mmol，144.31 mg)，2，7-双(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二辛基芴(0.4160 mmol, 267.31 mg)，碳酸铯Cs2CO3 (2.08 mmol ，676.0 mg)，再加20.8 mL DME和10.4 ml去离子水,电磁搅拌下通入氩气15min,加零价钯催化剂Pd (PPh3)4 (0.0208 mmol ,23.9 mg)，氩气保护下，将反应体系在58-60℃下回流48 h，反应物冷却到室温，生成物依次用甲醇、蒸馏水洗涤，氯仿/甲醇重结晶3次、再用甲醇洗涤后50℃真空干燥48h,可得138mg淡黄色粉末物,收率为69%.

通过3：2：1比率，分别用30 mg 聚合物在20 ml THF溶剂中完全溶解，此液离心（10000rpm），取上层清液并其中添加10mg Hipco DWCNT，超声1h，得到较好分散的四瓶聚合物/DWCNTs复合物溶液.

此四瓶复合物溶液，室温下一瓶未离心、三瓶离心20 min，转速分别为100、500、1500rpm，得到上层清液各不相同的复合物分散液并其从顶部分批次取出.