[发明专利]一种PMMA包覆的磁性炔基碳纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PMMA包覆的磁性炔基碳纳米管及其制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：S1：采用化学共沉淀法制备磁性粒子Fe₃O₄；S2：对碳纳米管进行改性处理获得炔基碳纳米管，之后采用分布热合反应先将炔基碳纳米管分散于阴离子表面活性剂溶液中并反应，然后加入Fe₃O₄，获得磁性炔基碳纳米管；S3：向聚甲基丙烯酸甲酯聚合反应体系中加入含叠氮基团试剂成叠氮化聚甲基丙烯酸甲酯PMMA‑N3，之后将磁性炔基碳纳米管和PMMA‑N3混合于N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，经点击反应生成PMMA保护的磁性碳纳米管。本发明使制备的磁性碳纳米管所吸附的磁性粒子粒径可控，并可以控制其磁性粒子的吸附量，提高碳纳米管对于磁性粒子的最大吸附率。

技术领域

本发明属于磁性纳米管领域，具体涉及一种PMMA包覆的磁性炔基碳纳米管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)具有特有的纳米一维管状结构，类似于多个石墨烯片绕着某一中心旋转堆叠形成中空的柱状结构，这样独特的一维空间结构使碳纳米管拥有良好的机械性能、电学性能和热力学性能。由于碳纳米管具有稳定的化学结构、优越的性能，已广泛应用于固定化酶载体、污染物吸附等领域并取得一些研究进展。其中，磁性碳纳米管复合材料因为其制备成本低、回收方便等优点，被应用于吸附污染物后的碳纳米管的回收。

磁性碳纳米管通过静电吸附作用使磁性粒子(Fe₃O₄，γ-Fe₂O₃)附着在碳纳米管表面，但是未改性碳纳米管因其自身团聚效应和表面负电性弱，使其吸附的磁性粒子效率低，所需磁响应磁场强度高。目前，根据碳纳米管自身的缺陷，如表面惰性使碳纳米管不易接枝聚合物、易团聚现象限制碳纳米管的应用、表面负电性极弱使磁性粒子不易吸附在碳纳米管表面，关于提高碳纳米管表面活性与磁性粒子吸附效率的方法主要为：(1)对碳纳米管进行表面小分子改性增强其吸附磁性粒子能力与之后接枝聚合物；(2)减小磁性粒子直径，增加单位面积的吸附数量。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种PMMA包覆的磁性炔基碳纳米管及其制备方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种PMMA包覆的磁性炔基碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用化学共沉淀法制备磁性粒子Fe₃O₄；

S2：对碳纳米管先进行表面羧基改性和酰氯改性，最后进行炔基化处理获得炔基碳纳米管，之后采用分布热合反应先将炔基碳纳米管分散于阴离子表面活性剂溶液中并反应，然后加入Fe₃O₄，获得磁性炔基碳纳米管(CNTs-Alkynyl)；

S3：向聚甲基丙烯酸甲酯可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应体系中加入含叠氮基团试剂(RAFT试剂)合成叠氮化聚甲基丙烯酸甲酯PMMA-N₃，之后将磁性炔基碳纳米管和PMMA-N₃混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，经点击反应生成PMMA保护的磁性碳纳米管。

进一步，S3中，聚合反应体系中，甲基丙烯酸甲酯单体与含叠氮基团试剂的摩尔比为 20:1～90:1。该参数比使获得的PMMA一方面避免的柔性链过长，具有恰当的自由体积，保证接枝反应时PMMA-N₃与CNTs-Alkynyl形成有效碰撞概率，提高CNTs表面PMMA 的接枝率另一方面避免PMMA的柔性链过短，使得PMMA获得合适的强极性基团能够与 Fe₃O₄之间形成有效的吸附作用。