[发明专利]碳纳米管分散体和选择性分离碳纳米管的方法

说明书

本发明提供一种碳纳米管分散体，所述分散体包括碳纳米管、表面活性剂和溶剂，其中所述表面活性剂包括猪去氧胆酸钠。本发明还提供一种选择性分离碳纳米管的方法，包括：(1)将碳纳米管原料制成包括猪去氧胆酸钠和辅助表面活性剂的碳纳米管复合分散液；(2)将碳纳米管复合分散液载入凝胶柱中，用平衡液冲洗出未吸附在凝胶柱上的碳纳米管，然后用洗脱液对吸附的碳纳米管进行选择性分步洗脱。本发明首次将商业化胆酸盐衍生物猪去氧胆酸钠应用于碳纳米管的分散和结构分离，相较于以往广泛使用的表面活性剂，猪去氧胆酸钠对碳纳米管具有更高的分散性和结构选择性。本发明的方法具有简单、高效、易于自动化和规模化等优点。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管分散体和选择性分离碳纳米管的方法，具体涉及一种用于选择性分离碳纳米管的表面活性剂及其应用。

背景技术

碳纳米管作为一维管状碳纳米材料，不仅拥有优异的光、电、热、力学等性能，而且由于碳纳米管多样的原子螺旋结构，表现出一维材料丰富独特的光电子、物理特性，在光电子、生物、化学、医药等领域具有广泛的应用前景。碳纳米管的卓越性能与其结构在原子尺度的排列方式密切相关。如何从原子尺度精准调控碳纳米管的原子结构，制备具有单一结构均一性质的碳纳米管，实现其性质与功能的人工设计与调控，是推动碳纳米管应用的核心科学与关键技术问题。

碳纳米管的结构可控制备主要有两种途径：一种是通过生长直接控制碳纳米管结构；另一种是通过生长后的分离技术，即从生长后包含不同结构的碳纳米管混合物中分离出单一结构碳纳米管。目前，碳纳米管结构控制的生长技术还处于研究发展阶段，虽然可以合成出特定结构的碳纳米管，但是其种类和规模还远远无法满足应用需求。相对于直接生长法，近年来陆续发展出的多种碳纳米管结构分离技术，包括密度梯度离心法、离子交换色谱法、两相分离法以及凝胶色谱法等，都表现出较强的碳纳米管结构分辨能力，能够分离出多种单一结构碳纳米管。其中，凝胶色谱法因为其操作简单、高效、低成本、易于自动化等优势，被认为是目前最适合规模化制备单一结构碳纳米管的方法。

在包括凝胶色谱法在内的众多分离方法中，通常都需要使用一种或多种表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠、胆酸钠、或脱氧胆酸钠等来实现碳纳米管的结构选择性分离。目前，适用于碳纳米管结构分离的表面活性剂的种类非常有限，极大地限制了碳纳米管结构分离的进一步发展。因此，寻找一种适用于高效地分散和分离碳纳米管的新表面活性剂，发展出适用于不同碳纳米管原材料的普适性分离方法，对深入阐明不同结构碳纳米管的内在属性以及在不同领域发展先进应用都极具意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有表面活性剂种类的不足，提供一种适用于碳纳米管分散和结构分离的新的表面活性剂。

本发明的发明人发现，相对于以往广泛使用的胆酸钠分散碳纳米管，新的表面活性剂猪去氧胆酸钠具有更好的分散能力，可以满足高浓度碳纳米管分散液的分散制备，其分散能力是胆酸钠的1～7倍。

因此，本发明提供了一种碳纳米管分散体，所述分散体包括碳纳米管、表面活性剂和溶剂，其中所述表面活性剂包含猪去氧胆酸钠。

其中，猪去氧胆酸钠的化学结构式如式I所示：

根据本发明提供的碳纳米管分散体，其中，基于100重量份的所述分散体，所述猪去氧胆酸钠的含量为0.1～5重量份，优选为0.5～2重量份。

根据本发明提供的碳纳米管分散体，其中，基于100重量份的所述分散体，所述碳纳米管的含量为0.0001～0.5重量份，优选为0.1～0.2重量份。

根据本发明提供的碳纳米管分散体，其中，所述碳纳米管的原料可以是粉末状碳纳米管、块状碳纳米管、片状碳纳米管或薄膜状碳纳米管。优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，其管径范围可以为0.7～3.0纳米。其中，所述碳纳米管原料可以是未功能化碳纳米管，也可以是功能化碳纳米管。