CN100503433C - 一种制备碳纳米管泡沫体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备碳纳米管泡沫体的方法，将每克混酸处理的碳纳米管与40～150ml明胶水溶液，其中明胶的浓度为0.5～6%，经搅拌均匀后用超声仪超声约10～60分钟；在混合溶液中加入2-20ml有机溶剂，不断的搅拌直到弹性体形成；将弹性体放到石墨模具中，加上1～100MPa压力，并且保压10～40分钟，然后放到真空干燥箱中50～200℃保温1～5小时，接着在N2环境下200～800℃保温1～5个小时，自然冷却至常温，即得多孔碳纳米管泡沫体。所得产品不含有机聚合物粘结剂，孔穴率分布和孔径大小可调，它可作为制备聚合物基和金属基复合材料的预制件，还可作为生物支架材料、生物载体、催化剂载体、吸附剂和过滤器等。
Description
技术领域
本发明涉及一种由碳纳米管组成的泡沫体的制备方法。
背景技术
碳纳米管优异的导电、导热以及高比强度、低密度和低热膨胀系数，使得它作为复合材料的增强体方面都显示出了巨大的应用潜力。要发挥上述碳纳米管改性复合材料的先进性，关键在于碳纳米管能否以纳米级水平分散于基体中并与基体形成牢固结合。然而，与传统的碳材料相比，碳纳米管不但存在类似的与基体浸润性差、容易出现偏聚等问题，而且还由于是大长径比的一维纳米材料，极易缠绕团聚，难以实现单分散。造成上述困难的一个主要原因就是碳纳米管尺寸太小，难以操作和处理。因此，合成大尺寸的颗粒或碳纳米管宏观块体就具有重要意义。浙江大学发明了一种制备多孔碳纳米管预制体的方法(CN 1757596A)，但是，该预制体含有有机聚合物粘接剂，孔穴率不高，其中的有机聚合物粘结剂使导电和导热性能也受到严重影响。因此，研发制备不含聚合物的高孔穴率碳纳米管泡沫体具有重要的意义。
发明内容
为了克服背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多孔碳纳米管泡沫体的制备方法，以得到不含聚合物、尺寸和形状及孔穴大小和分布可调的多孔碳纳米管泡沫体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1)将直径范围在10—40纳米的碳纳米管首先用分析纯浓硫酸和浓硝酸混合液在100℃下加热回流2h，过滤后的沉淀物再用2mol.L-1分析纯盐酸在100℃下回流2h，最后用去离子水冲洗，使滤液pH值至中性后，烘干研磨后待用；浓硫酸与浓硝酸的体积比为3∶1，浓硫酸的浓度为98％：浓硝酸的浓度为67％：
2)将每克经上述混酸处理的碳纳米管与40～150ml明胶水溶液，其中明胶的浓度为0.5～6％，，搅拌均匀后用超声仪超声约10～60分钟，得混合溶液；
3)在混合溶液中加入2-20ml有机溶剂，不断的搅拌直到弹性体形成；
4)将弹性体放到石墨模具中，加上1～100Mpa压力，并且保压10～40分钟；
5)将压实后的片材取出，放到真空干燥箱中在50℃～200℃温度中保温1～5小时，然后在氮气氛中、200℃～800℃温度下保温1～5个小时，自然冷却至常温，即得多孔碳纳米管泡沫体。
所述的碳纳米管是单壁或多壁的碳纳米管。
所述的有机溶剂以利于弹性体形成，具体溶剂可以是乙醇或乙二醇、丁醇、丙酮、环己酮中的任一种，或一种以上以任意比例组成的混合物。
本发明可以制得多孔的泡沫状碳纳米管框架结构体，碳纳米管呈三维网络结构。首先利用浓硫酸和浓硝酸混合液(V(H2SO4)∶V(HNO3)＝3∶1)对碳纳米管进行纯化处理，一方面可以除去杂质，另一方面可以使碳纳米管表面带有羟基(-OH)和羧基(-COOH)等官能团。在此基础上，将碳纳米管分散于明胶是溶液中，明胶中的氨基官能团容易与碳纳米管上羧基等形成杂化结构，并在有机溶剂的作用下形成膨胀的弹性体，数倍的膨胀使得骨架含有丰富的孔隙结构，控制温度热解消除明胶模板而碳纳米管不被损坏。由于碳纳米管大的长径比和高的力学强度，使弹性体在明胶被去掉时不会坍塌，能基本保持其形状，得到高孔隙率的碳纳米管泡沫体。
由以上可知，本发明为一种制备碳纳米管泡沫体的方法由该方法获得的碳纳米管多孔泡沫体不含有机聚合物粘结剂，孔穴率分布和孔径大小可调。该泡沫体不仅可以作为制备聚合物基和金属基复合材料的预制件，还可以作为生物支架材料、生物载体、催化剂载体、吸附剂和过滤器等。
具体实施方式
实施例1：
1克混酸处理的碳纳米管溶于浓度为1％，80ml明胶水溶液中，搅拌均匀后用超声仪超声约30分钟。在混合溶液中加入5ml乙醇溶剂，搅拌60分钟。将所得产物放到石墨模具中，在30Mpa压力下，保持15分钟。而后将压片取出，放到真空干燥箱中120℃保温1小时，然后在N2环境下400℃保温3个小时，自然冷却至常温，即得平均孔径为50纳米的多孔碳纳米管泡沫体。
实施例2
1克混酸处理的碳纳米管溶于浓度为3％，80ml明胶水溶液中，搅拌均匀后用超声仪超声约60分钟。在混合溶液中加入10ml乙醇溶剂，搅拌60分钟。将所得产物放到石墨模具中，在30Mpa压力下，保持15分钟。而后将压片取出，放到真空干燥箱中120℃保温1小时，然后在N2环境下400℃保温3个小时，自然冷却至常温，即得平均孔径为80纳米的多孔碳纳米管泡沫体。
实施例3
1克混酸处理的碳纳米管溶于浓度为8％，120ml明胶水溶液中，搅拌均匀后用超声仪超声约80分钟。在混合溶液中加入15ml丁醇溶剂，搅拌60分钟。将所得产物放到石墨模具中，在50Mpa压力下，保持30分钟。而后将压片取出，放到真空干燥箱中120℃保温1小时，然后在N2环境下600℃保温3个小时，自然冷却至常温，即得平均孔径为120纳米的多孔碳纳米管泡沫体。
实施例4
1克混酸处理的碳纳米管溶于浓度为15％，200ml明胶水溶液中，搅拌均匀后用超声仪超声约80分钟。在混合溶液中加入15ml丙酮溶剂，搅拌60分钟。将所得产物放到石墨模具中，在50Mpa压力下，保持30分钟。而后将压片取出，放到真空干燥箱中180℃保温1小时，然后在N2环境下600℃保温3个小时，自然冷却至常温，即得平均孔径为90纳米的多孔碳纳米管泡沫体。
实施例5
1克混酸处理的碳纳米管溶于浓度为15％，200ml明胶水溶液中，搅拌均匀后用超声仪超声约80分钟。在混合溶液中加入15ml环己酮溶剂，搅拌90分钟。将所得产物放到石墨模具中，在80Mpa压力下，保持60分钟。而后将压片取出，放到真空干燥箱中200℃保温1小时，然后在N2环境下500℃保温3个小时，自然冷却至常温，即得平均孔径为150纳米的多孔碳纳米管泡沫体。
Claims (3)
1、一种制备碳纳米管泡沫体的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
1)将直径范围在10—40纳米的碳纳米管首先用分析纯浓硫酸和浓硝酸混合液在100℃下加热回流2h，过滤后的沉淀物再用2mol·L-1分析纯盐酸在100℃下回流2h，最后用去离子水冲洗，使滤液pH值至中性后，烘干研磨后待用；浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，浓硫酸的浓度为98％，浓硝酸的浓度为67％；
2)将每克经上述混酸处理的碳纳米管与40～150ml明胶水溶液，其中明胶的浓度为0.5～6％，搅拌均匀后用超声仪超声10～60分钟，得混合溶液；
3)在混合溶液中加入2-20ml有机溶剂，不断的搅拌直到弹性体形成；
4)将弹性体放到石墨模具中，加上1～100Mpa压力，并且保压10～40分钟；
5)将压实后的片材取出，放到真空干燥箱中在50℃～200℃温度中保温1～5小时，然后在氮气氛中、200℃～800℃温度下保温1～5个小时，自然冷却至常温，即得多孔碳纳米管泡沫体。
2、根据权利要求1所述制备碳纳米管泡沫体的方法，其特征在于，所述碳纳米管是单壁或多壁的碳纳米管。
3、根据权利要求1所述制备碳纳米管泡沫体的方法，其特征在于，所述有机溶剂是乙醇或乙二醇、丁醇、丙酮、环己酮中的任一种，或一种以上以任意比例组成的混合物。
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