[发明专利]一种吸附超纯氨中金属离子的碳纳米管/LDHs复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本申请是针对申请号为201610195223.7，申请日为2016年3月31日，名称为“一种吸附超纯氨中金属离子的碳纳米管/LDHs复合材料的制备方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管与LDHs复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

近年来，我国的LED技术及相关产业得到了迅猛发展，随着LED等光电子产业的发展，市场对电子气体的纯度提出了更高要求，所以极大推动了上游关键配套材料超纯氨的提纯研究。

7N电子级超纯氨是一种非常重要的新型光电子材料，也是MOCVD技术制备GaN的重要基础材料，LED生产中用到的氮化镓是半导体材料，所以在生产过程中，需要对原料中的金属离子进行严格控制，但是，目前国内外对超纯氨中金属离子的纯化工艺，主要是利用氨气的理化性质采用多步逐级纯化，包括汽化、冷凝、吸附、精馏、终端纯化、冷冻等技术提纯氨气，这些氨的纯化工艺通常对水分和H₂、O₂、N₂、CH₄、CO等轻组分杂质有较好的效果，而对金属离子去除的效果不理想。

碳纳米管具有独特的结构和奇异的性质，自碳纳米管被首次发现以来，其性能和应用都得到广泛的研究，碳纳米管是由类似石墨的六边形网格所卷曲而成的中空和两端封闭的多层管状物，碳纳米管直径在几纳米到几十纳米之间，长度可达数微米，其层片间距一般为0.34nm，由于其具有极大的比表面积和化学稳定性，以及独特的电子结构、孔腔结构和吸附性能，优良的电子传导性，特殊的孔腔空间立体选择性，导致其对于反应物种和反应产物具有特殊的吸附性能，碳纳米管可以通过静电吸引、吸附沉淀以及金属离子与碳纳米管的表面官能团的化学作用来吸附金属离子，但是碳纳米管不能直接放置于超纯氨中，这样虽然能够去除金属离子，但在去除后碳纳米管就不能和超纯氨分离，会对超纯氨造成新的污染，所以碳纳米管要附着在其他材料上进行工作。

层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类阴离子层状化合物，又称水滑石，LDHs是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的，具有可嵌入阴离子的结构，LDHs的结构如夹心面包状，两边由二价和三价的金属离子正电荷片组成，中间是阴离子和水分子，LDHs的主体层板和层间客体的组成和结构的特殊性，赋予了LDHs众多特殊的性能，LDHs层间的阴离子可与具有各种特殊功能的阴离子进行交换，从而合成具有不同性能的插层结构材料。

发明内容

本发明针对现有超纯氨中金属离子吸附技术存在的不足，提供一种吸附超纯氨中金属离子的碳纳米管/LDHs复合材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种吸附超纯氨中金属离子的碳纳米管/LDHs复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)LDHs的制备：将可溶性的镁盐和铝盐置于去离子水中溶解配制成总浓度为0.5mol/L的溶液A，Mg:Al＝1:2，在不断搅拌条件下将碱溶液B逐滴加入溶液A中，在此过程中保持溶液pH值9～10，碱溶液B滴加完毕后继续搅拌陈化3～5小时，过滤，反复洗涤至中性，将所得产品置于80～100℃的烘箱中6～10小时制成溶胶；

2)碳纳米管的酸化：向碳纳米管中加入氧化性酸的水溶液，110～130℃条件下回流2～5小时，离心分离，用清水洗涤至中性，得到酸化的碳纳米管；

3)制备带负电荷的碳纳米管：将步骤2)中所得的酸化的碳纳米管加入到阴离子聚电解质或阴离子表面活性剂的水溶液中，超声波处理1～3小时，之后于50～70℃水浴中搅拌条件下反应4～10小时，所述阴离子聚电解质或阴离子表面活性剂的水溶液浓度为1～10g/L，所述碳纳米管与阴离子聚电解质或阴离子表面活性剂的重量比为1：(0.01～0.1)，反应完后离心分离去除未反应的阴离子聚电解质或阴离子表面活性剂，得到表面带有负电荷的碳纳米管；

4)制备碳纳米管/LDHs复合物：将步骤3)中所得的碳纳米管加入到步骤1)所得的溶胶中，碳纳米管与溶胶的重量比为1：(20～30)，后将二者的混合物置于50～70℃水浴中搅拌条件下进行离子交换反应，反应时间6～8小时，反应完毕后抽滤洗涤，干燥，得到碳纳米管/LDHs复合物。

进一步，步骤1)中所述铝盐和镁盐为硝酸铝和硝酸镁，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。

进一步，步骤2)中所述氧化性酸是指硝酸、硫酸、高锰酸、次氯酸中的一种或几种的混合物。