[发明专利]一种双功能基修饰的改性碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于纳米吸附材料技术领域，尤其涉及一种双功能基修饰的改性碳纳米管复合材料及其制备方法。本发明通过化学方法、以化学键合的方式修饰羧基化碳纳米管，将氨基和巯基成功键合到羧基化碳纳米管表面上，避免了聚倍半硅氧烷本身硅氧键的内部交联问题，且合成工艺简单易操作，制备的材料具有分散性好、强度高、吸附性能好等优点。

技术领域

本发明属于纳米吸附材料技术领域，尤其涉及一种双功能基修饰的改性碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体碳纳米管，因其独特的一维结构，碳纳米管具有高弹性模量、高强度和高韧性等性能，这些良好的力学性质已经被实验证实，并有着非常广泛的应用前景，已经成为碳纳米管领域的研究热点。然而，碳纳米管在拥有优异性能的同时，也存在一些缺点，例如：1)多壁碳纳米管团聚现象严重，很难分散，而碳纳米管分散性能的好坏直接影响其应用范围；2)碳纳米管本身化学惰性很强，这就使得其在用作高强度增强填料时，无法做到与聚合物材料形成有效的化学浸润，在用作吸附材料时，无法较好地吸附重金属离子。

鉴于以上缺点，要想更好地利用碳纳米管本身的优良性能，需要对其表面进行修饰，对碳纳米管的表面进行修饰的方法主要包括两大类：(1)物理修饰法，也叫非共价改性法，主要是利用芳香族化合物、表面活性剂、聚合物进行功能化，或引入π-π键进行堆叠；(2)化学修饰法，主要是利用共价键将反应基团接枝到碳纳米管表面，反应可以在碳管的头尾端或有缺陷的侧壁进行。

聚倍半硅氧烷由于其结构的外部连接有机功能基团R，内部为Si-O无机键，是一种有机无机杂化材料，因此具有独特的优势：1)基团反应活性高，内部的有机基团可以通过化学反应连接各种不同的功能基团，从而赋予材料特定的物理化学性能；2)耐腐蚀、耐氧化、耐热性能好，机械性能稳定。总之，聚倍半硅氧烷作为一种有机无机杂化材料，具有很多优良的性能，可用于半导体材料、催化、吸附、液晶等领域。然而，聚倍半硅氧烷吸附重金属后存在难以回收利用的问题，且聚倍半硅氧烷本身会出现硅氧键的内部交联，造成团聚结块现象，无法充分发挥功能基的作用。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种双功能基修饰的改性碳纳米管复合材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双功能基修饰的改性碳纳米管复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)取羧基化碳纳米管，在无水乙醇中超声分散至分散均匀，抽滤、无水乙醇洗涤后，置于60℃烘箱中干燥；

(2)取步骤(1)的羧基化碳纳米管固体粉末，在四氢呋喃中超声分散至分散均匀；继续加入脱水剂，超声分散0.5-1h；

(3)向步骤(2)中继续加入氨基硅烷偶联剂，在15-25℃、磁力搅拌条件下反应4-6h，抽滤、四氢呋喃洗涤和无水乙醇洗涤后，置于60℃烘箱中干燥，得到接有氨基硅烷偶联剂的改性羧基碳纳米管；

(4)取步骤(3)的接有氨基硅烷偶联剂的改性羧基碳纳米管，在DMSO溶液中超声分散至分散均匀；再加入摩尔比为1:1的氨基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂，所得混合液在60℃条件下搅拌反应12h；

(5)待步骤(4)的混合液冷却到10-25℃，在搅拌条件下加入凝胶剂后，继续搅拌24h；

(6)将步骤(5)的混合液加入白色塑料瓶中，在烘箱中放置陈化后，冷却、过滤、无水乙醇洗涤，将所得固体用两层滤纸包裹，置于索氏提取器中，用无水乙醇回流抽提48h；

(7)将步骤(6)所得产品放入烘箱中，60℃条件下干燥，得到氨基巯基聚倍半硅氧烷修饰的双功能基碳纳米管复合材料。

进一步，步骤(1)中，所述羧基化碳纳米管中的羧基含量为1-10wt％。