[发明专利]一种多孔碳纳米管的制备方法

摘要

本发明涉及一种多孔碳纳米管的制备方法，是针对碳纳米管易团聚、分散性差、比表面积低的问题，以碳纳米管做原料，经配制溶液、超声分散处理、酸氧化、冷冻干燥、真空烧结、酸浸泡、洗涤抽滤、真空干燥，制成多孔碳纳米管，此制备方法工艺先进快捷、数据精确翔实，产物为黑色粉体，粉体颗粒直径≤60nm，孔隙分布在碳纳米管表面，孔隙直径≤10nm，产物纯度达99.5％，比表面积提高520％，是先进的制备多孔碳纳米管的方法。

主权项

1.一种多孔碳纳米管的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳纳米管、硫酸、硝酸、高锰酸钾、盐酸、无水乙醇、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度、含量控制：碳纳米管：固态固体 含碳量98.6％硫酸：液态液体 浓度36％硝酸：液态液体 浓度36％盐酸：液态液体 浓度36％高锰酸钾：固态固体 纯度98.6％无水乙醇：液态液体 纯度99.7％去离子水：液态液体 纯度99.9％氩气：气态气体 纯度99.9％(2)氧化处理碳纳米管氧化处理碳纳米管是在三口烧瓶上进行的，是在氩气保护、水循环冷凝状态下完成的；①将碳纳米管0.5g±0.0001g加入三口烧瓶中；②配制混酸，将硫酸90mL±1mL、硝酸30mL±1mL加入烧杯中，搅拌5min，配制成混酸，然后加入三口烧瓶中；③将三口烧瓶置于超声波分散仪上，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声波分散时间20min；④超声分散后，将三口烧瓶置于水浴缸上；⑤开启水循环冷凝管，进行水循环冷凝；⑥开启氩气瓶，向三口烧瓶输入氩气，氩气输入速度30cm3/min；⑦开启电热搅拌器，加热温度80℃±2℃，并开始搅拌；⑧搅拌、氧化反应时间30min±2min，成：氧化物溶液；⑨碳纳米管在氧化反应过程中将发生化学反应，反应式如下：式中：C‑OH：含羟基的氧化碳纳米管SO2：二氧化硫NO2：二氧化氮CO2：二氧化碳氧化反应后，关闭电热搅拌器，三口烧瓶内的氧化物溶液随水浴缸冷却至25℃；(3)抽滤将氧化物溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去滤液；(4)去离子水洗涤、抽滤将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；然后将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；去离子水洗涤、抽滤重复进行五次；(5)真空干燥将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，真空度2Pa，干燥时间480min，干燥后得：含羟基的氧化碳纳米管；(6)合成氧化锰/碳纳米管复合材料①称取高锰酸钾0.2g±0.0001g，量取去离子水50mL±0.0001mL，加入烧杯中，成混合溶液；②将盛有混合溶液的烧杯置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间10min；③将含羟基的氧化碳纳米管0.1g±0.0001g，加入到烧杯的混合溶液中，继续进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间30min，成含羟基的氧化碳纳米管混合液；④将含羟基的氧化碳纳米管混合液加入另一三口烧瓶中，然后置于水浴缸上；⑤开启水循环冷凝管，进行水循环冷凝；⑥开启氩气瓶，向三口烧瓶输入氩气，氩气输入速度30cm3/min；⑦开启电热搅拌器，温度为25℃，并开始搅拌；搅拌时间720min，成氧化锰/碳纳米管混合液；反应式如下：式中：C‑MnO2：氧化锰/碳纳米管复合材料K2MnO4：锰酸钾停止输氩气，停止搅拌，成氧化锰/碳纳米管复合液；(7)真空冷冻干燥①将氧化锰/碳纳米管复合液置于冻干瓶中，然后置于冷冻箱中，进行冷冻，冷冻温度‑80℃，冷冻时间30min；②将冻干瓶置于冷冻干燥器上，进行真空冷冻干燥；真空度0.68Pa，冷冻干燥温度‑88℃，冷冻干燥时间4320min；冷冻干燥后，成氧化锰/碳纳米管粉末；(8)真空烧结氧化锰/碳纳米管的烧结是在真空烧结炉内进行的，是在加热、氩气保护下完成的；①打开真空烧结炉炉腔，用氩气驱除炉内有害气体；②将氧化锰/碳纳米管粉末置于石英舟中，将石英舟置于真空烧结炉内的工作台上，并密闭；③开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达2Pa；④开启氩气瓶，向炉内通入氩气，氩气输入速度80cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压；⑤开启加热器，加热温度650℃±2℃，并进行烧结；⑥烧结后停止加热，停止输氩气，使氧化锰/碳纳米管随炉冷却至25℃；(9)制备多孔碳纳米管①称取氧化锰/碳纳米管0.1g±0.0001g，量取盐酸50mL±1mL，加入三口烧瓶中，成混合液；②将三口烧瓶置于水浴缸上，水浴缸置于电热搅拌器上；③开启水循环冷凝管，进行水循环冷凝；④开启氩气瓶，向三口烧瓶输入氩气，氩气输入速度30cm3/min；⑤开启电热搅拌器，在25℃下，搅拌48h，成混合液；⑥将混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去废液；⑦去离子水洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，去离子水洗涤、抽滤重复进行五次；⑧无水乙醇洗涤、抽滤，将滤饼加入另一烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤5min，然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，洗涤、抽滤重新进行五次；⑨真空干燥，将氧化锰/碳纳米管置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度60℃，真空度2Pa，干燥时间480min，干燥后得多孔碳纳米管；(10)检测、分析、表征对制备的多孔碳纳米管的形貌、化学物理性能进行检测、分析、表征；用高分辨透射电子显微镜进行形貌结构分析；用X射线衍射仪进行成分分析；多孔碳纳米管为黑色粉体，粉体颗粒直径≤60nm，孔隙分布在碳纳米管表面，孔隙直径≤10nm，产物纯度达99.5％，碳纳米管的比表面积提高520％；(11)产物储存将制备的多孔碳纳米管储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光保存，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。