[发明专利]一种制备亲水性碳纳米管的方法

权利要求书

1.一种制备亲水性碳纳米管的方法，特别是以炔基和叠氮基进行环加成对碳纳米管表面修饰的方法，其制备步骤包括：

(a)以发烟硫酸处理碳纳米管；用对炔基苯胺类化合物在亚硝酸盐和发烟硫酸混合物中生成重氮盐，并与经发烟硫酸处理过的碳纳米管反应，制得端炔基功能化的碳纳米管；

(b)用卤素基团取代含羟基的水溶性聚合物的羟基，再用叠氮基取代卤素基团制得叠氮化水溶性聚合物；

(c)将叠氮化水溶性聚合物与端炔基功能化的碳纳米管发生[3+2]环加成反应得到亲水性碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的方法，其制备步骤具体包括：

(a)1重量份干燥的碳纳米管500～1500重量份的发烟硫酸混合，反应温度在20～50℃之间，磁力搅拌1～20h后，依次加入10～100重量份的对炔基苯胺类化合物、10～100重量份的亚硝酸盐和1～10重量份的引发剂，反应温度在20～200℃之间，搅拌回流反应0.5～10h；所得产物以去离子水稀释、滤膜抽滤，并用溶剂洗涤3～10次；在10～100℃下真空干燥10～50h后得到端炔基功能化的碳纳米管；

(b)1重量份的含羟基的水溶性聚合物与1～10重量份的氯化亚砜混合，反应温度在20～100℃之间，搅拌1～20h后，加入0.05～1重量份的叠氮钠，调节温度至50～100℃，磁力搅拌2～20h；之后在0～10℃下在溶剂中将叠氮化的水溶性聚合物析出，之后用滤膜抽滤，并用溶剂洗涤3～10次；在10～100℃下真空干燥10～50h后得到干燥的叠氮化水溶性聚合物；

(c)取1重量份步骤(a)得到的端炔基功能化的碳纳米管和10～500重量份的步骤(b)得到的叠氮化水溶性聚合物，与100～1000重量份的有机溶剂相混合，再加入0.1～10重量份的卤化亚铜，加热到50～150℃，搅拌回流12～100h；然后用滤膜抽滤，并用溶剂洗涤3～10次，再用去离子水洗涤3～10次；在10～100℃下真空干燥10～50h后得到亲水性碳纳米管。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

步骤(a)中所用的碳纳米管为化学气相沉积法、催化热解、电弧放电、模板法或激光蒸发法制备的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；

步骤(a)中所用的发烟硫酸的三氧化硫含量为20％～50％。

4.根据权利要求1或2步骤(a)所述的方法，其特征在于：所用的对炔基苯胺类化合物包括对乙炔苯胺、对乙炔苯胺醚、C₁-C₁₈烷基取代的对乙炔苯胺、C₆-C₁₂芳基取代的对乙炔苯胺、C₁-C₁₈烷基取代的对乙炔苯胺醚、C₆-C₁₂芳基取代的对乙炔苯胺醚，优选乙炔苯胺、对乙炔苯胺醚。

5.根据权利要求1或2步骤(a)所述的方法，其特征在于：所用的亚硝酸盐包括亚硝酸钠、亚硝酸钾或亚硝酸钡。

6.根据权利要求2步骤(a)所述的方法，其特征在于：所用的引发剂包括过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫酸铵和亚硫酸氢钠。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤(b)所用的含羟基的水溶性聚合物包括分子量在400～10000之间的聚乙二醇、聚乙烯醇、羟基纤维素或羧甲基纤维素；

步骤(b)所用的析出叠氮化水溶性聚合物的溶剂包括苯、甲苯或环己烷。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤(a)、(b)、(c)中洗涤所用的溶剂包括四氢呋喃、丙酮或N，N-二甲基甲酰胺；

步骤(c)所用的作为反应溶剂的有机溶剂包括四氢呋喃、乙醚或N，N-二甲基甲酰胺。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(c)所用的卤化亚铜包括溴化亚铜或碘化亚铜。