水溶性碳納米管的制備及其初步應(yīng)用.pdf

1、碳納米管具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、儲氫材料、催化劑載體等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景,受到了廣泛的關(guān)注。然而,碳納米管相互間存在較強的范德華作用力使其不能在溶劑中穩(wěn)定分散,與其他材料的相容性也不好,這是制約碳納米管研究和應(yīng)用的一個主要障礙。因此,對碳納米管進行改性以提高其在溶劑中的分散性,具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。尤其是水溶性碳納米管,因其在水處理和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的誘人應(yīng)用前景,更是受到了廣泛的關(guān)注和研究。迄

2、今為止,已經(jīng)報道了多種改性碳納米管的方法,一般可劃分為非共價鍵改性和共價鍵改性兩大類。共價鍵改性不僅能提高碳納米管在溶劑中的分散性以及與其他材料的相容性,而且化學(xué)官能團的引入也賦予了碳納米管新的性能,擴大了碳納米管的應(yīng)用范圍。本文通過自由基反應(yīng)和堿性條件下的水熱反應(yīng)制備了羧基改性的碳納米管和羥基改性的碳納米管;以活潑的羧基和羥基作為靶點,對碳納米管進行進一步官能化,賦予碳納米管磁響應(yīng)性及環(huán)境(pH和熱)響應(yīng)性;對制備的改性碳納米管在水處

3、理和生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用進行了初步研究,并取得了良好的實驗結(jié)果。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.通過自由基引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)與碳納米管之間的自由基反應(yīng),制備了氰基改性的碳納米管,再經(jīng)過水解反應(yīng),得到了羧基改性的碳納米管。利用碳納米管表面的羧基與表面氨基修飾的SiO2包磁納米粒子發(fā)生酰胺化反應(yīng),得到了SiO2包磁納米粒子修飾的碳納米管,研究了其在水中痕量芳環(huán)化合物分離方面的應(yīng)用。
　　 2.利用表面活性劑十二烷基苯

4、磺酸鈉(SDBS)輔助碳納米管在水中分散,通過自由基聚合反應(yīng)制備了聚丙烯腈改性的碳納米管,再經(jīng)過水解得到聚丙烯酸改性的碳納米管?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)單體和引發(fā)劑的投料比來控制聚丙烯酸的接枝量,最大接枝量可達40wt％左右。由于聚丙烯酸的存在,碳納米管在水中的分散性可以通過改變?nèi)芤旱膒H值來調(diào)節(jié),臨界pH分散值為5.0。
　　 3.通過堿性條件下的水熱反應(yīng),制備了羥基直接改性的碳納米管。制備的羥基改性的碳納米管在水、甲醇、丁酮和四氫呋喃等

5、極性溶劑中具有良好的分散能力。XPS測試結(jié)果證明羥基的含量隨著所用堿液濃度的升高而增加;紅外測試結(jié)果證明了羥基主要以半酮縮醛結(jié)構(gòu)存在;透射電鏡照片顯示經(jīng)過堿性條件下的水熱反應(yīng)后,碳納米管的長度和直徑?jīng)]有變化。
　　 4.利用碳納米管表面的羥基,通過Ce(IV)離子引發(fā)氧化還原聚合反應(yīng)在水溶液環(huán)境和較低溫度(50℃或室溫)條件下制備了PAA和PNIPAM改性的碳納米管。聚合物的接枝量隨著單體投料量的增加而增加。制備的PAA改性的碳