[发明专利]一种介孔二氧化硅包覆磁性多壁碳纳米管复合材料及其制备方法

摘要

本发明提出了一种介孔二氧化硅包覆磁性多壁碳纳米管复合材料，该复合材料为核壳结构，化学结构式为MWCNT/CoFe₂O₄@mSiO₂；其为管状形貌，具有较强的磁性，磁敏感度强，比表面积极大。其制备方法是首先制备MWCNT/CoFe₂O₄磁性碳纳米管材，再利用MWCNT/CoFe₂O₄磁性碳纳米管材制备MWCNT/CoFe₂O₄@mSiO₂介孔复合材料，该制备方法便捷，合成条件、合成装置及技术流程简单。

主权项

1.一种制备介孔二氧化硅包覆磁性多壁碳纳米管复合材料的方法，其特征是首先制备MWCNT/CoFe2O4磁性碳纳米管材，再利用MWCNT/CoFe2O4磁性碳纳米管材制备MWCNT/ CoFe2O4@mSiO2介孔复合材料；所述制备MWCNT/CoFe2O4磁性碳纳米管材的步骤如下：⑴.将FeCl3·6H2O和CoCl2·6H2O按照摩尔比为2:1的比例混合并溶于90℃的 DEG中，搅拌30min，使其充分溶解；其中，每10mL DEG溶解0.55~0.59g的混合固体；⑵.将NaOH固体溶于90℃的DEG中，充分搅拌使其溶解；其中FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O和NaOH的摩尔比为2:1:8，每5mL DEG溶解0.20~0.25g NaOH；⑶.将MWCNT溶于常温下的DEG，剧烈搅拌30min；其中10mL DEG溶解0.0010~0.0015g MWCNT；⑷.将步骤⑵的溶液与DEA依次加入到步骤⑴中，剧烈搅拌10min；⑸.将步骤⑷的混合溶液加入到步骤⑶中，搅拌30min后，将混合溶液转入反应釜中，并将反应釜置于恒温干燥箱中在180~200℃条件下干燥8~10h，自然冷却至室温后取出反应釜，磁分离后得到黑色的MWCNT/CoFe2O4纳米管，备用；⑹.将步骤⑸得到的MWCNT/CoFe2O4用去离子水和乙醇反复洗涤并分散，而后在60℃的条件下真空烘干10~12h，自然冷却得到干燥的MWCNT/CoFe2O4纳米管；所述利用MWCNT/CoFe2O4磁性碳纳米管材合成MWCNT/CoFe2O4@mSiO2的步骤如下：⑴.将CTAB溶于无水乙醇、浓氨水和去离子水的混合溶液中，充分搅拌溶解；其中，混合液中乙醇、去离子水和浓氨水的体积比为60:80:1，每140~150mL的混合液中分散0.3~0.4 g CTAB；⑵.将MWCNT/CoFe2O4超声分散在步骤⑴得到的混合溶液中，机械搅拌30min；其中MWCNT/CoFe2O4与CTAB的质量比为1:3；⑶.将0.40 ~0.50mL TEOS逐滴加入步骤⑵混合溶液中，室温下机械搅拌6~8h，磁分离得到含CTAB 的MWCNT/CoFe2O4@mSiO2，备用；⑷.将步骤⑶中得到的MWCNT/CoFe2O4@mSiO2用去离子水和乙醇反复洗涤并分散，而后在60℃的条件下真空烘干8~10h，自然冷却得到含CTAB的灰色MWCNT/CoFe2O4@mSiO2，备用；⑸.将步骤⑷中得到的MWCNT/CoFe2O4@mSiO2溶于丙酮，超声30 min；转入三颈烧瓶中，75℃~100℃油浴中回流6~10h后，磁分离，并用丙酮洗涤一次，再添加丙酮继续回流6~10h；其中，每克含CTAB 的MWCNT/CoFe2O4@mSiO2对应200 mL的丙酮，此回流过程重复2~3次；⑹.将步骤⑸中磁分离后得到的MWCNT/CoFe2O4@mSiO2用丙酮反复洗涤并分散，而后在60℃的条件下真空烘干8~10h，自然冷却得到灰色MWCNT/CoFe2O4@mSiO2；上述制备方法所制备的复合材料为核壳结构，其化学结构式为MWCNT/CoFe2O4@mSiO2；经SEM、TEM测试结果表明该复合材料为管状形貌，通过SQUID‑VSM 测试结果表明该复合材料具有磁性。