[发明专利]一种水溶性碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及碳纳米管，尤其涉及水溶性碳纳米管的制备方法。 

技术背景

随着1991年日本Iijima等人首先发现了碳纳米管（CNT）以来，由于其优异的物理、化学性质，在很多的领域而受到了重视和研究。而碳纳米管通常不溶于水，这也使得其的应用研究受到了较大的阻碍。1998年，脂溶性碳纳米管的成功制备使得碳纳米管的应用研究又往前推进了一步。 

碳纳米管可以作为药物的载体，并且其本身也可能拥有一些药理活性，因此水溶性碳纳米管为碳纳米管更好地在生物及医学领域的应用提供了可能，并且水溶性碳纳米管也可以很好地分散在水溶液中，为一些液相掺杂提供了可能。 

目前，已经有一些水溶性碳纳米管的相关报道，主要包括聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等高分子包覆碳纳米管（非共价键结合或吸附作用）、硫磺酸磺化碳纳米管（共价键结合作用）、聚乙二醇醚的胺化物与修饰于碳纳米管表面的羧基（-COOH）反应（共价键结合和分子吸附共同作用）等方法。 

发明内容

本发明提供一种水溶性碳纳米管的制备方法，该方法利用聚乙烯亚胺的亚胺基(-NH-)与碳纳米管表面修饰的羧基（-COOH）反应，以及利用聚乙烯亚胺高分子与碳纳米管之间有范德瓦尔斯力形成物理吸附作用，从而得到水溶性的碳纳米管，所制备的水溶性碳纳米管能够长期稳定地存在于水溶液中。该方法具有原理简单，过程简便的特点。 

本发明技术方案如下： 

一种水溶性碳纳米管的制备方法，如图1中所示，包括以下步骤： 

步骤1：采用酸溶液处理碳纳米管。将碳纳米管置于酸溶液中搅拌处理，在碳纳米管表面形成羧基，顺带去除在制备碳纳米管时残留于表面的催化剂，搅拌处理完毕后滤出碳纳米管并清洗、烘干。所述碳纳米管可以是单壁或多壁碳纳米管。所述酸溶液包括硝酸溶液或硝酸与硫酸的混合酸溶液；若采用硝酸溶液，优选质量浓度为40%～80%的硝酸溶液，且搅拌处理时间不低于5分钟；若采用硝酸和硫酸的混合酸溶液，优选质量浓度为40%～80%的硝酸溶 液和质量浓度为60%～95%的硫酸溶液按照3∶1的体积比混合而成的混合酸溶液，且搅拌处理时间为24～72小时。 

步骤2：将经步骤1处理后的碳纳米管分散于聚乙烯亚胺的水溶液中，搅拌使得聚乙烯亚胺的亚胺基(-NH-)与碳纳米管表面的羧基（-COOH）反应形成化学吸附，同时部分聚乙烯亚胺高分子与碳纳米管之间产生由于范德瓦尔斯力形成的物理吸附，最终制备出水溶性碳纳米管。所述聚乙烯亚胺的分子量在1000～100万之间，且所述聚乙烯亚胺的质量用量与碳纳米管相当。 

本发明的方法以化学方法为基础，首先采用酸溶液对碳纳米管进行处理，在碳纳米管表面修饰羧基结构，然后利用聚乙烯亚胺的亚胺基(-NH-)与碳纳米管表面修饰的羧基（-COOH）反应以及聚乙烯亚胺高分子与碳纳米管之间有范德瓦尔斯力形成物理吸附作用，从而得到水溶性的碳纳米管，该水溶性碳纳米管能够长期稳定“溶”（分散）于水中。本发明利用聚乙烯亚胺的亚胺基与修饰于碳纳米管表面的羧基反应，原理简单，过程简便。 

应当说明的是，在采用酸溶液处理碳纳米管之前，最好对碳纳米管进行热处理，以去除残留于碳纳米管表面的无定形碳。热处理温度可选择300～600℃，热处理时间2～6小时。同时，采用聚乙烯亚胺的水溶液处理表面修饰过羧基的碳纳米管后，最好采用离心分离技术将表面未与聚乙烯亚胺反应的碳纳米管与水溶性碳纳米管分离开。 

附图说明

图1为本发明提供的水溶性碳纳米管的制备方法的流程示意图。 

图2为本发明基本原理示意图。 

图3为本发明实施例所制备的水溶性碳纳米管的热失重（TGA）测试结果的曲线图。 

具体实施方式：

以下将参照附图更详细地描述本发明的实施例。 

图1示出根据本发明的实施例的制造水溶性碳纳米管的方法流程图。 

在步骤S01，称取5g碳纳米管，在管式炉（科晶GSL1400）中对碳纳米管进行热处理，例如热处理温度约为450℃，时间约为4小时。然后从管式炉中取出碳纳米管，并冷却至室温备用。