一種提高碳納米管分散性的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種提高碳納米管分散性的方法。
【背景技術】
[0002] 現有技術中提高碳納米管分散性的方法分為三步：（1)制備HAD-β-CD :首先將 5. Og 的 Mon〇-6_OTs-0 -CD(3. 8mmol)和 10. 0g(0. 17mol)的 HAD(1，6-己二胺）加入到具 有冷凝器裝置的圓底燒瓶中，然后在75°C攪拌下攪拌4h，冷卻混合液至室溫。然后向混 合液中加入300mL的丙酮得到沉淀，用IOml的水/甲醇（體積比=3:1)來溶解沉淀，并 將溶解液倒入到300mL的丙酮中，重復上面洗滌的操作幾次以除去未反應的HAD，獲得的 HAD-β -CD放在50°C的烘箱中干燥72h即可；（2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：用混合酸來處 理碳納米管（濃硫酸/濃硝酸（體積比3:1)使得碳納米管上引入大量的羥基和羧基；（3) 緊接著，取30mL的二氯亞砜SOCl2并將其放入圓底燒瓶中，在65°C下攪拌24h，然后減壓蒸 餾出去未反應的二氯亞砜，緊接著向其中快速加入20mL的DMF和5g HAD-β -⑶，在60°C油 浴中不停地攪拌反應72h。用四氟乙烯薄膜來過濾反應產物，濾餅用去離子水反復的超聲洗 滌，烘干得到MWCNTs- β -CD。
[0003] 通過上面現有技術方案可以看出：用環糊精來改性碳納米管的方法比較復雜，步 驟多。
[0004] 碳納米管極大的長徑比，使其具有極高的楊氏模量、硬度和韌性、良好的導電性和 導熱性。但由于碳納米管自身的特殊結構，使其相互纏繞在一起，導致碳納米管在溶劑、聚 合物集體中的分散不均勻，限制了其應用的范圍；同時實驗結果也表明碳納米管在溶劑中 的分散性也不夠理想。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種提高碳納米管分散性的方法，該方法利用環糊精來改性 碳納米管，是基于硅烷偶聯劑KH560將環糊精固載到碳納米管，具有固載方法簡單、分散效 果顯著、產率高、成本低的優點。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案是：
[0007] -種提高碳納米管分散性的方法，該方法是先將環糊精和硅烷偶聯劑KH560進行 反應制得KH560/f3-CD;然后將碳納米管（MWCNTs)進行酸化，使得碳納米管上引入大量的 羥基和羧基，得到酸化碳納米管；最后將KH560/β -CD和酸化碳納米管進行反應制得環糊 精改性碳納米管。
[0008] 上述方法具體包括下述步驟：
[0009] (1)制備改性環糊精：將環糊精溶解于DMF中，所述環糊精與DMF的質量比為1 :6， 同時加入硅烷偶聯劑KH560和氫氧化鈉并進行氮氣保護，在50-60°C下攪拌反應46-50h ;然 后將反應混合液冷卻到室溫，然后加入60-100mL丙酮出現白色沉淀，分離出沉淀并用大量 的丙酮洗滌，干燥得到改性環糊精產物即KH560/β -CD ;
[0010] (2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：取碳納米管于容器中，然后向容器中加入混合酸， 用混合酸來處理碳納米管，先超聲分散〇. 8-1. 5h，再將其移入反應容器中，在38°C -45°c下 連續攪拌ll_13h，然后用大量去離子水稀釋，抽濾，然后用0. 08-0. 12mol/L氫氧化鈉溶液 將酸化碳納米管洗至中性，再在75°C _85°C下烘干得到具有大量的羥基和羧基的酸化碳納 米管；
[0011] (3)取ΚΗ560/β-CD溶解于去離子水中，用冰乙酸來調節pH值為4. 5-6. 5,并連續 攪拌2-2. 5h使其充分水解，然后向水解液中加入酸化碳納米管并超聲分散0. 8-1. 5h，然后 回流反應14-18h，反應結束后冷卻至室溫并用大量去離子水洗滌濾餅，烘干得到環糊精改 性碳納米管。
[0012] 進一步的，所述步驟（1)中環糊精和硅烷偶聯劑KH560的摩爾比為5-7:0. 9-1. 1。
[0013] 進一步的，所述步驟（2)中混合酸為濃硫酸和濃硝酸以體積比為2-4:0. 5-1. 5混 合而成。
[0014] 進一步的，所述步驟⑶中KH560/ β -⑶和酸化碳納米管的重量比為 9-11:0. 9-1. 1〇
[0015] 本發明具有以下有益效果：
[0016] (1)本發明利用環糊精來改性碳納米管，是基于硅烷偶聯劑ΚΗ560將環糊精固載 到碳納米管，由于環糊精的內腔和外邊緣具有大量的羥基，通過化學方法將環糊精固載在 碳納米管上顯著地的提高了碳納米管在某些極性溶劑（乙醇和水）中的分散性；
[0017] (2)再者，由于環糊精具有特殊的性質"外親水，內疏水"以及較好的生物兼容性， 使得環糊精改性的碳納米管雜化材料不僅能在溶劑中取得很良好的分散性，而且也提供了 一種用于生物醫藥和水處理的理想材料；
[0018] (3)本發明提供了一種簡單地的化學方法將環糊精固載到碳納米管上提高其在溶 劑中的分散性。通過本發明的方法將環糊精固載到碳納米管上，在進行分散性實驗的研宄 中發現，改性后的碳納米管在水中和乙醇中的分散性很好，碳納米管能夠在乙醇和水中均 勻分散并保存長達2個月的時間，本發明的方法具有固載方法簡單、分散效果顯著。
[0019] (4)在市面上ΚΗ560的價格為75元/500ml，環糊精15元/250g，并且最終產物 (環糊精改性碳納米管）的產率為85%，所以本發明的方法還具有產率高、成本低的優點。
【具體實施方式】
[0020] 一、制備實施例：
[0021] 制備實施例1 :
[0022] 一種提高碳納米管分散性的方法，該方法是先將環糊精和硅烷偶聯劑KH560進行 反應制得ΚΗ560/β-CD;然后將碳納米管（MWCNTs)進行酸化，使得碳納米管上引入大量的 羥基和羧基，得到酸化碳納米管；最后將KH560/β -CD和酸化碳納米管進行反應制得環糊 精改性碳納米管。
[0023] 上述方法具體包括下述步驟：
[0024] (1)制備改性環糊精：將0· 06mol環糊精溶解于50mLDMF中，同時加入0· Olmol硅 烷偶聯劑KH560和氫氧化鈉并進行氮氣保護，在55 °C下攪拌反應48h ;然后將反應混合液冷 卻到室溫，然后加入65mL丙酮出現白色沉淀，分離出沉淀并用大量的丙酮洗滌，干燥得到 改性環糊精產物即KH560/ β -CD9. 6g ;
[0025] (2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：取2. Og碳納米管于容器中，然后向容器中加入 100mL混合酸，所述混合酸為濃硫酸和濃硝酸以體積比為3:1混合，用混合酸來處理碳納米 管，先超聲分散I. 〇h，再將其移入反應容器中，在40°C下連續攪拌12h，然后用大量去離子 水稀釋，抽濾，然后用〇. lmol/L氫氧化鈉溶液將酸化碳納米管洗至中性，再在80°C下烘干 得到具有大量的羥基和羧基的酸化碳納米管I. 8g ;
[0026] (3)取9.(^腿560/|3-〇)溶解于4〇1^去離子水中，用冰乙酸來調節？!1值為5.5，并 連續攪拌2. Oh使其充分水解，然后向水解液中加入0. 95g酸化碳納米管并超聲分散I. 0h， 然后回流反應16h，反應結束后冷卻至室溫并用大量去離子水洗滌濾餅，烘