[发明专利]一种氨基化磁性碳纳米管的制备方法

说明书

本发明公开了一种氨基化磁性碳纳米管的制备方法，使用改性碳纳米管、铁的氧化物和/或其盐、亚铁的氧化物和/或盐、磁性催化剂在惰性气体保护下反应、高温煅烧，制备磁性碳纳米管；室温、碱性条件下，利用多巴胺自聚反应与聚乙烯亚胺或四乙烯五胺通过加成缩合反应，使聚乙烯亚胺或四乙烯五胺接枝在聚多巴胺修饰的磁性碳纳米管表面，制备氨基化磁性碳纳米管。本发明制备的氨基化磁性碳纳米管，即显著提高了磁性碳纳米管的吸附容量，又缩短了达到吸附平衡时的吸附时间，还可以通过外加磁场迅速分离和回收利用，解决了碳纳米管难分离、价格贵、难以回收利用的问题；本发明方法反应条件温和，对材料表面的改性一步到位。

技术领域

本发明涉及金属有机复合材料技术领域，尤其是涉及一种氨基化磁性碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)作为一种新型的吸附材料，具有较大的比表面、表面活性高且具有独特的网状的微孔通道，对废水、土壤中重金属污染物和有机污染物有良好的吸附性能，优于常用的吸附剂如活性炭、氧化铝和沸石等，但是碳纳米管在实际应用中仍面临两个重要问题：一是其粒径小难分离，运行费用高；二是碳纳米管的价格贵，不能回收重复利用，造成资源浪费。

多巴胺是一种神经递质，在室温空气中即可发生自聚合反应，具有很强粘附性，但是传统的聚多巴胺在改性材料时，仍有以下缺陷：自聚合反应时间长；容易出现颗粒团聚现象，导致粘附不均，并可能堵塞材料孔隙；沉积过程中，难以进入膜孔内部；芳香结构多，亲水性有限；在强酸、强碱以及强极性溶剂中的稳定性较差。

碳纳米管有较高的比表面积和良好的可修饰性。通过共沉淀法制备的磁性碳纳米管可在外加磁场的作用下迅速分离；在碱性条件下，多巴胺可在磁性碳纳米管表面发生聚合反应生成聚多巴胺，聚多巴胺中含有酮基，可以伯胺发生席夫碱反应，利用这一原理，将聚乙烯亚胺修饰在磁性碳纳米管表面，该材料可通过外加磁场迅速富集，是理想的吸附材料。目前，聚乙烯亚胺和聚多巴胺共同修饰的氨基化磁性碳纳米管，还未见文献报道。

现有技术如授权公告号为CN 105837610 B的中国发明专利，公开了一种三氮唑功能化的Zr-MOFs材料的制备方法，其方法步骤为：先采用溶剂热法制备合成叠氮功能化的Zr-MOFs材料；再利用点击反应，将含炔基的有机小分子成功嫁接在上述合成的Zr-MOFs材料的叠氮基团上，从而合成三氮唑功能化的Zr-MOFs材料；所合成的材料可作为传感器应用于水体中汞离子的检测。但是该材料不具磁性，不利回收利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨基化磁性碳纳米管的制备方法，利用聚多巴胺的粘附性，通过多巴胺的自聚合反应和与聚乙烯亚胺的加成缩合反应，合成聚多巴胺和聚乙烯亚胺修饰表面的氨基化磁性碳纳米管功能化材料。

本发明的另一目的是提供一种氨基化磁性碳纳米管功能化材料，该氨基化磁性碳纳米管材料具有更高的吸附容量，达到吸附平衡时的吸附时间更短，可通过外加磁场分离，并可回收再利用。

本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：

一种氨基化磁性碳纳米管的制备方法，具体包括以下步骤：

使用改性碳纳米管、铁的氧化物和/或其盐、亚铁的氧化物和/或盐、磁性催化剂在惰性气体保护下反应、高温煅烧，制备磁性碳纳米管；惰性气体如氮气、氩气的保护，用来除去反应体系中的氧，防止体系中Fe²⁺的氧化；在碳纳米管中填充磁性颗粒，利于通过磁性分离和回收再利用。