[发明专利]功能化碳纳米纤维的制备方法及功能化碳纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米纤维技术领域，尤其涉及一种功能化碳纳米纤维的制备方法及功能化碳纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

碳纳米纤维是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米炭材料，是介于碳纳米管和普通碳纤维之间的一种碳材料，具有较高的结晶取向度、较好的导电和导热性能。碳纳米纤维除了具有低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性优良等特点外，还具有缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点，广泛应用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、纺织等领域。

现有技术公开了多种碳纳米纤维的制备方法，较为常用的有化学气相沉积法、静电纺丝法、固相合成法和水热碳化法等。其中，化学气相沉积法是以低廉的烃类化合物为原料，在一定的温度下使烃类化合物在金属催化剂上进行热分解来合成碳纳米纤维的方法；静电纺丝法是采用固相碳源在静电场作用下纺丝得到的碳纳米纤维；固相合成法是以固相碳源为原料制备碳纳米纤维的方法；水热碳化法是采用模板作为指引合成碳纳米纤维的方法，如申请号为201110077604.2的中国专利文献首先将碲纳米线与葡萄糖在水溶液中混合，进行碳化反应后得到碳包覆碲纳米电缆；然后向所述碳包覆碲纳米电缆中加入盐酸和双氧水，进行氧化反应后得到碳纳米纤维。采用该方法制备得到的碳纳米纤维长度可达数百微米，直径可达120-140nm，柔韧性好，且表面有大量羟基等官能团，可组装成碳纳米纤维膜用于膜分离技术。

环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元。环糊精分子呈锥形筒状结构，外部分布着很多化学反应性的羟基，具有亲水性；内部为疏水性空腔，从而使其具有很好的包络性能，可以包合不同的分子或离子，形成稳定的包合物。因此，环糊精及其衍生物已经在医药、食品、化妆品、卫生用品、新型材料等很多领域都有广泛的应用，如用来增加药物溶解度和溶出度，提高药物稳定性，防止药物挥发损失，用来吸附有机污染物来得到清洁水等。本发明人考虑，可以在碳纳米纤维中引入环糊精分子，从而得到可以用于污水处理、手性药物分离、药物控制释放等的功能化碳纳米纤维。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种功能化碳纳米纤维的制备方法及功能化碳纳米纤维膜的制备方法，本发明提供的功能化碳纳米纤维膜具有较大的水流通量，对有机分子具有良好的吸附作用。

本发明提供了一种功能化碳纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

a）碳纳米纤维与卤代环氧烷在水中发生反应，得到中间产物；

b）所述中间产物与β-环糊精在水中发生反应，得到功能化碳纳米纤维。

优选的，所述碳纳米纤维按照以下方法制备：

将碲纳米线与葡萄糖在水溶液中混合，进行碳化反应后得到碳包覆碲纳米电缆；

向所述碳包覆碲纳米电缆中加入盐酸和双氧水，进行氧化反应后得到碳纳米纤维。

优选的，所述碳纳米纤维的直径为110nm~150nm。

优选的，所述步骤a）具体包括：

a1）将碳纳米纤维分散于水中，得到第一分散液；

a2）调节所述第一分散液的pH值至9~11后加入卤代环氧烷进行反应，得到中间产物。

优选的，所述步骤a2）中，所述反应的温度为40℃~80℃，所述反应的时间为3h~12h，所述卤代环氧烷为氯代环氧丙烷或氯代环氧乙烷。

优选的，所述步骤b）具体包括：

b1）将所述中间产物分散于水中，得到第二分散液；

b2）向所述第二分散液中加入β-环糊精，调节pH值至9~11后进行反应，得到功能化碳纳米纤维。

优选的，所述步骤b2）中，所述反应的温度为40℃~80℃，所述反应的时间为3h~12h。

本发明提供了一种功能化碳纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

将上述技术方案所述的功能化碳纳米纤维膜分散于溶剂中，成膜处理后得到功能化碳纳米纤维膜。

优选的，所述溶剂为水、乙醇或丙酮。

优选的，所述成膜处理具体为抽滤；或者为将得到的分散液涂抹于支撑材料后进行干燥。