《一种去除碳纳米管中金属杂质的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种去除碳纳米管中金属杂质的方法.pdf（7页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104211042A43申请公布日20141217CN104211042A21申请号201410387949122申请日20140807C01B31/0220060171申请人无锡东恒新能源科技有限公司地址214100江苏省无锡市江海西路金山北科技园2930号72发明人张晓鸿沈宇栋万仁涛郦轶徐胜利曾钦74专利代理机构无锡互维知识产权代理有限公司32236代理人印苏华54发明名称一种去除碳纳米管中金属杂质的方法57摘要本发明公开了一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，包括取碳纳米管，加入非氧化性酸溶液配置成碳纳米管酸溶液；将所述碳纳米管酸溶液搅拌混合均匀后，放入研磨机中研磨；将研磨。
2、后的碳纳米管溶液倒入搅拌釜中搅拌，然后将所述碳纳米管溶液倒出用压滤机除去废液，制得碳纳米管滤饼；将所述碳纳米管滤饼重新放入所述搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，至所述滤液为中性；将所述碳纳米管滤饼烘干并粉碎制得高纯度的碳纳米管。本发明所述去除碳纳米管中金属杂质的方法，特点是纯化后的碳纳米管保持原有长度及结构，具有优异导电性能；通过该方法可将碳纳米管金属杂质含量从20下降到2以内；效率高，操作简单，可实现工业化生产。51INTCL权利要求书1页说明书5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页10申请公布号CN104211042ACN10421104。
3、2A1/1页21一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，其包括1取碳纳米管，加入非氧化性酸溶液配置成碳纳米管酸溶液；2将所述碳纳米管酸溶液搅拌混合均匀后，放入研磨机中研磨；3将研磨后的碳纳米管溶液倒入搅拌釜中搅拌，然后将所述碳纳米管溶液倒出用压滤机除去废液，制得碳纳米管滤饼；4将所述碳纳米管滤饼重新放入所述搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，至所述滤液为中性；5将所述碳纳米管滤饼烘干并粉碎制得高纯度的碳纳米管。2如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于所述碳纳米管为以过渡金属催化剂为载体，采用气相沉积法合成的管状纳米材料，所述碳纳米管的内径为250NM，外径为580。
4、NM，长度为1020微米。3如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤1中所述非氧化性酸溶液为盐酸、醋酸、碳酸、稀硫酸、稀硝酸和磷酸中的任意一种或几种组成的混合物。4如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤1中所述非氧化性酸溶液与步骤4中所述去离子水的体积比为5121。5如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤1中所述碳纳米管与所述非氧化性酸溶液的质量比为110120。6如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤2中所述研磨机为行星球磨机、锥形磨、高剪切乳化机、立式陶瓷球磨机或卧式陶瓷砂磨机中的。
5、任意一种。7如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤2中所述研磨时间为512小时，所述研磨转速为3001000RPM。8如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤3中所述搅拌温度为80，搅拌时间为24小时。9如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤4中所述清洗次数为23次。10如权利要求1所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法,其特征在于步骤5中所述烘干为放入100烘箱中烘干。权利要求书CN104211042A1/5页3一种去除碳纳米管中金属杂质的方法技术领域0001本发明涉及碳纳米管制造技术领域，尤其涉及一种去除碳纳。
6、米管中金属杂质的方法。背景技术0002发展到今天，碳纳米管的制备工艺已较为成熟，主要有电弧放电法、激光刻蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、火焰合成法、辉光放电法、和聚合反应合成法等。其中，化学气相沉积法CVD的应用最为广泛，该方法是让气态烷烃通过附着有催化剂颗粒的模板，在8001200的条件下，气态烃分解生成碳纳米管。这种方法的一个突出优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。然而，CVD方法需使用过渡金属催化剂，如FE、CO、NI及其合金等作为催化剂。这导致所制备的碳纳米管中往往含有较高含量的金属杂质，金属杂质的存在会直接影响。
7、碳纳米管的性能及应用。专利号CN1188345C公开了一种利用真空高温纯化碳纳米管的方法，该方法通过在2000以上高温真空处理至少5小时去除碳纳米管中的金属催化剂载体。该方法存在能耗大、设备要求高、产率低等缺点。专利101780951A及文献公开报道采用液相酸处理的方法对碳纳米管进行纯化，但该方法只能除去暴露在碳纳米管外面的金属杂质，而碳纳米管中金属杂质主要集中在端口及空腔内部，故无法纯化封闭在碳纳米管端口及空腔内部的金属杂质，纯化效果不显著。而且采用强氧化性酸处理碳纳米管会严重破坏碳纳米管的结构，碳纳米管被截断，纯化的碳纳米管的各方面性能显著下降。发明内容0003本发明要解决的技术问题是提供。
8、一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，一方面高效除去金属杂质，提高碳纳米管性能及应用，另一方面减小生产损耗，提高产率。0004为解决上述技术问题，本发明提供一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，包括以下步骤00051取碳纳米管，加入非氧化性酸溶液配置成碳纳米管酸溶液；00062将所述碳纳米管酸溶液搅拌混合均匀后，放入研磨机中研磨；00073将研磨后的碳纳米管溶液倒入搅拌釜中搅拌，然后将所述碳纳米管溶液倒出用压滤机除去废液，制得碳纳米管滤饼；00084将所述碳纳米管滤饼重新放入所述搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，至所述滤液为中性；00095将所述碳纳米管滤饼烘干并粉碎制得高纯度的碳纳米管。
9、。0010作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，所述碳纳米管为以过渡金属催化剂为载体，采用气相沉积法合成的管状纳米材料，所述碳纳米管的内径为250NM，外径为580NM，长度为1020微米。0011作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤说明书CN104211042A2/5页41中所述非氧化性酸溶液为盐酸、醋酸、碳酸、稀硫酸、稀硝酸和磷酸中的任意一种或几种组成的混合物。0012作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤1中所述非氧化性酸溶液与步骤4中所述去离子水的体积比为5121。0013作为本发明所述的一种去除碳。
10、纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤1中所述碳纳米管与所述非氧化性酸溶液的质量比为110120。0014作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤2中所述研磨机为行星球磨机、锥形磨、高剪切乳化机、立式陶瓷球磨机或卧式陶瓷砂磨机中的任意一种。0015作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤2中所述研磨时间为512小时，所述研磨转速为3001000RPM。0016作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤3中所述搅拌温度为80，搅拌时间为24小时。0017作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选。
11、方案，步骤4中所述清洗次数为23次。0018作为本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法的一种优选方案，步骤5中所述烘干为放入100烘箱中烘干。0019本发明所述的去除碳纳米管中金属杂质的方法，采用在非氧化性酸溶液下通过球磨等剪切力对碳纳米管的金属杂质进行去除，不仅能去除暴露在碳纳米管外部的金属杂质，而且还能深度纯化包覆在碳纳米管端口及空腔中的金属杂质。其特点是1、纯化后的碳纳米管保持原有的长度及结构，具有优异的导电性能；2、通过该方法可将碳纳米管的金属杂质含量从20下降到2以内；3、效率高，操作简单，可实现工业化生产。具体实施方式0020为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，。
12、下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。0021本发明提出的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，其包括如下步骤或操作。0022步骤1，取碳纳米管，加入非氧化性酸溶液配置成碳纳米管酸溶液。0023在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行取碳纳米管，所述碳纳米管为以过渡金属催化剂为载体，采用气相沉积法合成的管状纳米材料，所述碳纳米管的内径为250NM，外径为580NM，长度为1020微米。加入盐酸、醋酸、碳酸、稀硫酸、稀硝酸和磷酸中的任意一种或几种组成的非氧化性酸溶液配置成碳纳米管酸溶液，所述碳纳米管与所述非氧化性酸溶液的质量比为110120。0024步骤2，将所述碳纳米管酸溶液搅拌混合均匀后。
13、，放入研磨机中研磨。0025在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行将所述碳纳米管酸溶液搅拌混合均匀后，放入行星球磨机、锥形磨、高剪切乳化机、立式陶瓷球磨机或卧式陶瓷砂磨机中的任意一种中研磨，所述研磨时间为512小时，所述研磨转速为3001000RPM。0026步骤3，将研磨后的碳纳米管溶液倒入搅拌釜中搅拌，然后将所述碳纳米管溶液倒出用压滤机除去废液，制得碳纳米管滤饼。说明书CN104211042A3/5页50027在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行将研磨后的碳纳米管溶液倒入搅拌釜中搅拌，所述搅拌温度为80，搅拌时间为24小时，然后将所述碳纳米管溶液倒出用压滤机除去废液，制得碳纳米管滤饼。0。
14、028步骤4，将所述碳纳米管滤饼重新放入所述搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，至所述滤液为中性。0029在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行将所述碳纳米管滤饼重新放入所述搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，清洗次数为23次至所述滤液为中性，其中步骤1中所述非氧化性酸溶液与所述去离子水的体积比为5121。0030步骤5，将所述碳纳米管滤饼烘干并粉碎制得高纯度的碳纳米管。0031在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行将所述碳纳米管滤饼放入100烘箱中烘干并粉碎制得高纯度的碳纳米管。0032其下面结合具体的实施例对本发明所述生产方法进行详细说明。0033实施例一0034取。
15、500G碳纳米管，加入21盐酸溶液此处比例为盐酸溶液与下述去离子水的体积比配置成10KG碳纳米管酸溶液，搅拌混合均匀后，在20L立式陶瓷球磨机中以300RPM球磨12小时。0035球磨后的碳纳米管溶液再倒入100L搅拌釜中在80下搅拌24小时，之后将溶液倒出用压滤机除去废液。将碳纳米管滤饼重新放入搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，重复清洗23次至滤液为中性后将滤饼在100烘箱中烘干并粉碎得到纯化好的碳纳米管。0036实施例二0037取500G碳纳米管，加入21醋酸溶液此处比例为醋酸溶液与下述去离子水的体积比配置成10KG碳纳米管酸溶液，搅拌混合均匀后，在20L立式陶瓷球磨机中以3。
16、00RPM球磨5小时。0038球磨后的碳纳米管溶液再倒入100L搅拌釜中在80下搅拌24小时，之后将溶液倒出用压滤机除去废液。将碳纳米管滤饼重新放入搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，重复清洗23次至滤液为中性后将滤饼在100烘箱中烘干并粉碎得到纯化好的碳纳米管。0039实施例三0040取500G碳纳米管，加入21盐酸溶液此处比例为盐酸溶液与下述去离子水的体积比配置成10KG碳纳米管酸溶液，搅拌混合均匀后，在3L卧式陶瓷砂磨机中以1000RPM砂磨12小时。0041砂磨后的碳纳米管溶液再倒入100L搅拌釜中在80下搅拌24小时，之后将溶液倒出用压滤机除去废液。将碳纳米管滤饼重新放入。
17、搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，重复清洗23次至滤液为中性后将滤饼在100烘箱中烘干并粉碎得到纯化好的碳纳米管。0042对比例一0043取500G碳纳米管，加入21盐酸溶液此处比例为盐酸溶液与下述去离子水的体积比配置成10KG碳纳米管酸溶液，倒入100L搅拌釜中在80下搅拌24小时，之后将溶说明书CN104211042A4/5页6液倒出用压滤机除去废液。将碳纳米管滤饼重新放入搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，重复清洗23次至滤液为中性后将滤饼在100烘箱中烘干并粉碎得到纯化好的碳纳米管。0044对比例二0045取500G碳纳米管，加入31盐酸硝酸溶液此处比例为盐酸。
18、硝酸溶液与下述去离子水的体积比配置成10KG碳纳米管酸溶液，倒入100L搅拌釜中在80下搅拌24小时，之后将溶液倒出用压滤机除去废液。将碳纳米管滤饼重新放入搅拌釜中，加入去离子水搅拌清洗溶液中的金属离子，重复清洗23次至滤液为中性后将滤饼在100烘箱中烘干并粉碎得到纯化好的碳纳米管。0046碳纳米管纯化前后金属残余结果004700480049碳纳米管纯化前后长度结果00500051从碳纳米管的长度结果可以看到，实施例13中采用研磨非氧化性酸方法纯化碳纳米管，纯化前后碳纳米管的长度没有显著改变，而对比例2中使用强氧化性硝酸纯化碳纳米管，碳纳米管的长度被明显截短。0052进一步地，对比不同方法纯化。
19、前后碳纳米管的粉末电阻率结果，如下表，可以看到，采用本实施例方法纯化的碳纳米管仍保持原有的导电性，说明该纯化方法没有显著破说明书CN104211042A5/5页7坏碳纳米管的结构，而对比例中采用强氧化性硝酸纯化碳纳米管，碳纳米管的粉末电阻率明显提高，说明碳纳米管的结构被破坏。其中碳纳米管粉末电阻率的测试方法采用四探针电阻率仪进行测试。00530054本方法采用在非氧化性酸溶液下通过球磨等剪切力对碳纳米管的金属杂质进行去除，主要原理如下通过球磨、砂磨等设备产生强的剪切力可以打开碳纳米管的端口，从而将碳纳米管端口及内部空腔中的金属杂质暴露在外。在施加剪切力打开碳纳米管封闭端口的同时，非氧化性酸溶液。
20、可以进入到碳纳米管的空腔中，溶解其中的金属杂质，从而实现对碳纳米管金属杂质的去除。0055综上所述，本发明所述的一种去除碳纳米管中金属杂质的方法，其特点是1、纯化后的碳纳米管保持原有的长度及结构，具有优异的导电性能；2、通过该方法可将碳纳米管的金属杂质含量从20下降到2以内；3、效率高，操作简单，可实现工业化生产。0056应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。说明书CN104211042A。