[发明专利]聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属纳米材料技术领域，具体涉及一种聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料及其制备技术。

背景技术

自从1991年日本的Iijima[Iijima，S.，Nature 1991，354，56-58.]首次报道碳纳米管以来，该材料以其独特的结构、优异的导电性、较高的机械强度、化学稳定性和催化活性等受到国内外相关领域的广泛关注，在纳米电子器件、超强复合材料、储氢材料、催化剂载体等诸多新领域取得了较大突破，引起了国际上物理、化学及材料等领域的极大兴趣。近10年来国内外对碳纳米管的研究与开发异常活跃，从制备、结构到物理化学性质和应用的探索连连取得重大突破。碳纳米管具有一种新型的碳结构，可以形象的认为是由石墨片按一定的螺旋度卷曲成的无缝纳米级圆筒，两端的“碳帽”由五元环和六元环封闭。

将碳纳米管与其他材料通过化学和机械等手段混合制备碳纳米管复合材料是目前的研究热点，通过复合可以赋予材料在电、磁、光化学等方面一些特殊的物理化学性质，从而扩展碳纳米管的应用领域。通常与碳纳米管复合的材料有无机材料和高分子材料。有研究曾将碳纳米管分散在含三价铁和二价铁离子的水溶液中，滴加氨水后制得碳纳米管/纳米四氧化三铁复合材料[Qu S.，Wang J.，Kong J.L.，Yang P.Y.，Chen G.，Talanta 2007，71，1096-1102.]，但存在如下缺陷：碳纳米管上的纳米四氧化三铁颗粒容易脱落，且纳米四氧化三铁在水溶液中容易氧化变色，由于四氧化三铁为绝缘体，在引入磁性的同时，却使材料的导电能力大幅降低等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料及其制备方法。

本发明在碳纳米管/纳米四氧化三铁复合材料表面再沉积一层导电聚苯胺，制得聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料。本发明提出的聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料是一种含碳纳米管、纳米四氧化三铁颗粒和聚苯胺的三元复合材料，其特征为以碳纳米管为核心，在碳纳米管表面沉积有纳米四氧化三铁颗粒以使材料具有超顺磁性，最外层包裹有导电高分子材料聚苯胺，为一种多功能导电磁性纳米复合材料。所述的复合材料可以起到防止碳纳米管表面纳米四氧化三铁的脱落和氧化的作用，由于聚苯胺是一种导电高分子材料，可以提高碳纳米管/纳米四氧化三铁复合材料的导电能力，同时聚苯胺是一种具有掺杂和去掺杂的材料，可用于酶等一些生物活性物质的吸附和固定。

本发明采用化学沉淀和原位聚合的方法在碳纳米管表面依次修饰四氧化三铁颗粒和聚苯胺薄膜，制得的聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料。本发明采用三价铁离子和二价铁离子化学共沉淀和苯胺原位聚合工艺制备，其特征在于将碳纳米管超声分散在含三价铁和二价铁离子的水溶液中，滴加氨水得碳纳米管/四氧化三铁复合材料，经水洗和磁性分离，分散在含苯胺、磷酸和过硫酸铵的混合溶液中，搅拌一段时间后可得表面为墨绿色的聚苯胺包裹碳纳米管/四氧化三铁复合材料，经水洗和醇洗后用磁场分离，材料粉体经烘干或分散在无水乙醇得成品。本发明提出的该复合材料制备工艺简便，材料成本低廉，原料利用率高，可用于该材料的批量生产。该材料具有导电、磁性、物质吸附以及对一些物质的吸收和释放等多种功能，不仅可用于酶固定化、生物传感器、生物活性物质的分离、靶向药物制备和环境污染物的去除等领域，还可作为轻质、宽频带和高吸收的新型微波吸收剂，在隐形状技术和电磁屏蔽方面有良好的应用前景。

本发明上述聚苯胺包裹磁性碳纳米管复合材料的制备方法，具体步骤如下：

将含三价铁和二价铁的盐(如硫酸铁(III)铵和硫酸亚铁(II)铵)溶解在去离子水中，保证三价铁离子和二价铁离子的摩尔比为2∶1，三价铁离子和二价铁离子的总浓度控制在20-100mmol/L，然后将一定量的碳纳米管置于该溶液中，超声分散10-20分钟，得黑色混悬溶液。在该溶液中滴加浓氨水，边加边机械搅拌，然后该混合溶液在40-60℃水浴中隔水加热20-40分钟，将磁铁放置在盛有混合溶液容器的底部使附载有纳米四氧化三铁颗粒的碳纳米管与水相分离，倾去上清液，用去离子水清洗三次，具体方法为将材料充分混悬在+离子水中，每次均采用磁性分离技术将碳纳米管/纳米四氧化三铁复合材料与水相分离。所得固体材料无需干燥，加入一定体积的含苯胺和磷酸的水溶液混合搅拌10-20分钟后，加入含有与苯胺等摩尔量的过硫酸铵水溶液，混合均匀，在O-10℃条件下机械搅拌反应3-5小时，通过磁性分离技术将三元复合材料分离出来，最后用无水乙醇清洗两次，干燥或者分散在无水乙醇中得成品。