[发明专利]一种超临界二氧化碳制备块状碳纳米管多孔材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于分离制备领域，具体地说涉及一种超临界二氧化碳制备块状碳纳米管多孔材料的方法。

背景技术

超临界CO₂流体萃取(SFE)分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO₂流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳纳米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微环境，因此也具有能量的不均一性。

发明内容

一种超临界二氧化碳制备块状碳纳米管多孔材料的方法，其特征是如下：

选取氧化碳纳米管作为原料；将氧化碳纳米管通过浓硫酸浸泡进行官能化；官能化的氧化碳纳米管经过水洗烘干，除掉浓硫酸后加入无水乙醇溶液并在低温下制备成溶胶；选择附图1超临界制备装置进行制备；将溶胶先加入制备罐，将制备罐安装至制备装置上；将二氧化碳通过气体压缩机从制备罐底部第一进料口连续加入制备罐，设定制备罐内温度和压力，使 二氧化碳处于超临界状态，制备罐内从下至上设置4个不同的温度，保证产品的均一性；溶胶中乙醇溶入超临界二氧化碳后，从顶部出料口连续排出；溶胶中乙醇全部被超临界二氧化碳带出后，关闭气体压缩机和制备罐进料口，通过顶部出料口泄压将制备罐内压力泄至常压；通过制备罐底部第二进料口加入氮气进行吹扫，除去剩余的乙醇；吹扫完成后，将制备罐拆下并将内部制备好的块状碳纳米管多孔材料取出；制备完成。

附图说明

图1是超临界二氧化碳制备块状碳纳米管多孔材料工艺及装置示意图。A：CO2气体压缩单元；A1-1：气体压缩机；A1-2：C02进气口；A1-3：C02出气口；C:超临界制备单元C1：制备罐；C1-1：底部第一进料口；C1-2：底部第二进料口；C1-3：顶部出料口；C1-4：第一温区加热套；C1-5：第二温区加热套；C1-6：第三温区加热套；C1-7：第四温区加热套

具体实施方式

实施例1：

选取氧化碳纳米管作为原料；将氧化碳纳米管通过浓硫酸浸泡进行官能化，浸泡时间4小时，浸泡温度60℃，浸泡时不断搅动；官能化的氧化碳纳米管经过水洗和烘干，除掉浓硫酸后加入无水乙醇溶液并在-20℃放置2小时下制备成溶胶，固含量20％；选择附图1超临界制备装置进行制备；将溶胶先加入制备罐，加入制备罐容量6L，将制备罐安装至制备装置上；将二氧化碳通过气体压缩机从制备罐底部第一进料口连续加入制备罐，加料速度为20m³/h，制备罐压力维持在16MPa，使二氧化碳处于超临界状态，制备罐内从下至上4个温区的温度分别为45℃、55℃、65℃、75℃；溶胶中乙醇溶入超临界超临界二氧化碳后，从顶部出料口连续排出；4小时后，关闭气体压缩机和制备罐进料口，通过顶部出料口泄压将制备罐内压力泄至常压；通过制备罐底部第二进料口加入氮气进行吹扫，加料速度为10m³/h，除去剩余的乙醇；吹扫完成后，将制备罐拆下并将内部制备好的块状碳纳米管多孔材料取出；制备完成。

制备规格为圆柱形块状；BET测定比表面积743m²/g。