本發(fā)明涉及一種對(duì)洋蔥狀富勒烯的提純方法,特別是一種對(duì)洋蔥狀富勒烯 的初產(chǎn)品進(jìn)行提純的工藝。
技術(shù)背景
目前,洋蔥狀富勒烯是一類具有廣泛應(yīng)用前景的碳納米材料,然而對(duì)其力 學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的性能研究還凸顯滯后,這極大地影響了對(duì)該材料的研 究和應(yīng)用。問題的關(guān)鍵在于還沒有很好的方法能夠制備出高純度的洋蔥狀富勒 烯,因此對(duì)制備得到的洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品進(jìn)行分離提純研究就顯得尤為重要。
現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道了對(duì)C6。、碳納米管的分離提純研究,而尚未見到對(duì)洋蔥狀富 勒烯初產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)提純研究的報(bào)道,也未見到對(duì)洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品提純技 術(shù)方面的專利公開。因此,對(duì)洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品提純研究就成為富勒烯類物 質(zhì)提純研究中的又一個(gè)新的課題。通過提純處理,可得到純凈的洋蔥狀富勒烯, 進(jìn)而為深入分析洋蔥狀富勒烯的各項(xiàng)性能創(chuàng)造了條件,也為其在碳材料、信息 材料、復(fù)合材料等材料以及物理、化學(xué)、醫(yī)療科學(xué)等諸多領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供 了保證。
本發(fā)明洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品提純工藝是針對(duì)不同方法制備得到的洋蔥狀富 勒烯初產(chǎn)品進(jìn)行的提純研究。真空熱處理等方法制備的洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品中 含有的雜質(zhì)主要是石墨多面體、金屬微粒、無定型碳和少量的碳納米管,這些 雜質(zhì)與洋蔥狀富勒烯纏結(jié)在一起,影響了洋蔥狀富勒烯的整體形貌。而化學(xué)氣 相沉積法制備的洋蔥狀富勒烯,由于使用催化劑的不同,初產(chǎn)品中可能會(huì)含有 無定型碳、金屬催化劑微粒,以及大量的碳納米管等雜質(zhì),洋蔥狀富勒烯在這 些雜質(zhì)的環(huán)抱中,其纏結(jié)性更強(qiáng),甚至遮掩住了洋蔥狀富勒烯的形貌。由于碳 納米管具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,所以根據(jù)洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品中碳管的含量差 異,我們?cè)O(shè)計(jì)了提純工藝,其中球磨法主要針對(duì)碳管含量較大的洋蔥狀富勒烯 初產(chǎn)品進(jìn)行提純處理的。
一些參考文獻(xiàn)中曾經(jīng)報(bào)道了應(yīng)用古典的酸液浸泡來達(dá)到純化的目的,這樣 做雖可以去除一定的雜質(zhì),但同時(shí)會(huì)給洋蔥狀富勒烯帶來一定的結(jié)構(gòu)缺陷,提 純效果不理想,因而我們認(rèn)為是不可取的。而本課題組提出的純化方法,均為 多步純化法,均可得到更為純凈的洋蔥狀富勒烯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
基于上述發(fā)明的現(xiàn)狀,本發(fā)明洋蔥狀富勒烯提純工藝要解決的技術(shù)問題是 去除洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品中所含有的石墨多面體、金屬催化劑微粒、無定型碳、 碳納米管等雜質(zhì),其目的是根據(jù)不同的洋蔥狀富勒烯提供不同的洋蔥狀富勒烯 提純工藝,并得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
本發(fā)明是根據(jù)不同的洋蔥狀富勒烯提供不同的洋蔥狀富勒烯提純工藝,其 提純工藝是:
(1)酸液熱處理工藝:即取洋蔥狀富勒烯并研磨,然后將研磨烯粉體加 入體積比為1: 1: 1?1: 1: 6的鹽酸或硫酸/硝酸/水的溶液中,攪拌8?15小 時(shí),過濾懸浮液,并用去離子水反復(fù)沖洗至PH值呈中性為止,烘干備用,再將 烘干的粉體在空氣中加熱至400°C?550°C,保溫10?40分鐘,自然冷卻至室 溫,得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
(2)重鉻酸鉀氧化工藝:即取洋蔥狀富勒烯研磨,以CS2或甲苯為萃取劑對(duì) 研磨粉體進(jìn)行索氏萃取,取出并過濾萃取物,烘干備用,然后將過濾物質(zhì)放入 容器中,加入重鉻酸鉀粉體,體積比為1: 2?1: 1的硫酸溶液,在100°C?200°(:的溫度區(qū)間內(nèi)加熱回流1.5?4小時(shí),最后將過濾回流得到有色溶液,再用去 離子水反復(fù)清洗,直至PH值呈中性,烘干,自然冷卻至室溫,得到純凈的洋蔥 狀富勒烯。
(3)萃取熱處理工藝:即取洋蔥狀富勒烯研磨,以CS2或甲苯或二甲苯為萃 取劑對(duì)研磨粉體進(jìn)行索氏萃取,取出并過濾萃取物,烘干備用,然后將烘干的 粉體在空氣中加熱至40(TC?600°C,保溫15?50min,自然冷卻至室溫,得到 純凈的洋蔥狀富勒烯。
(4) 真空熱處理純化工藝:即將洋蔥狀富勒烯放入真空熱處理爐,升溫至 1500°C?200CTC,保溫3?6小時(shí),后冷卻至室溫;然后再在空氣狀態(tài)下加熱至 450°C?600°C,保溫20?60分鐘,自然冷卻至室溫,得到洋蔥狀富勒烯幾乎不 含任何雜質(zhì)。
(5) 球磨工藝:即取洋蔥狀富勒烯球磨處理,以鐵粉或氧化鎂粉體為球磨 介質(zhì),高速球磨10?60分鐘后,取出混合粉體,置于體積比為1: 1: 3?1: 1: 8的鹽酸/硝酸/水的溶液中浸漬15?24小時(shí),過濾懸浮液,用去離子水反復(fù)沖 洗至PH值呈中性,烘干備用,然后將粉體在空氣中加熱至400°C?550°C,保 溫15?30分鐘,爐冷至室溫,得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于經(jīng)過對(duì)洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品進(jìn)行研磨處理,可使洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品的顆粒更為細(xì)小,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)成分纏結(jié)性降低;酸液處理可去除初產(chǎn)品中的金屬催化劑微粒,使不溶雜質(zhì)沉淀,同時(shí)可以氧化去除掉部分抗氧化能力低的非洋蔥狀富勒烯的碳物質(zhì);萃取處理可以去除裸露的金屬催化劑微粒(相對(duì)于洋蔥狀富勒烯內(nèi)包的金屬催化劑微粒)?,而真空熱處理純 化工藝對(duì)洋蔥狀富勒烯的結(jié)構(gòu)沒有任何破壞性,并且?guī)缀蹩梢酝耆コs質(zhì)并且在一定程度上可以改善洋蔥狀富勒烯的晶化程度。另外,也可以把此方法并入真空熱處理制備工藝洋蔥狀富勒烯的制備過程,以便制得高純度的洋蔥狀富勒烯;球磨工藝處理也可以使一定量的碳納米管轉(zhuǎn)變?yōu)檠笫[狀富勒烯,而初產(chǎn)品中已含有的洋蔥狀富勒烯在設(shè)定的球磨時(shí)間內(nèi)沒有明顯的損耗,從而加大實(shí)驗(yàn)后所得到的洋蔥狀富勒烯的含量,而熱處理工藝又可以進(jìn)一步去除非洋蔥狀 富勒烯的碳物質(zhì),達(dá)到純化效果。
總之,本發(fā)明洋蔥狀富勒烯提純工藝的特點(diǎn)在于,用低成本的原材料,簡(jiǎn) 單的設(shè)備就可以達(dá)到去除洋蔥狀富勒烯中的雜質(zhì),而且工藝過程簡(jiǎn)單,操作方 便,提純效果好,提純后的產(chǎn)品純度可達(dá)到70%?98%,可適用于各種方法制備 的洋蔥狀富勒烯,應(yīng)用前景廣闊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中,研磨1小時(shí)。然后,將粉體置于 300ml體積比為1: 1: 4的HC1/HN03/H20溶液中,攪拌15小時(shí)。過濾上層懸浮液,并用去離子水反復(fù)清洗,直至PH值呈中性為止,烘干。最后將烘干后的粉 體放入電阻爐中,在空氣狀態(tài)下加熱至450X:保溫20分鐘,爐冷至室溫,即得 純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例2
取2克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中,研磨2小時(shí)。然后,將粉體置于 300ml體積比為1: 1: 1的HC1/HN03/H20溶液中,攪拌10小時(shí)。過濾上層懸浮 液,并用去離子水反復(fù)清洗,直至PH值呈中性為止,烘千。最后,將烘干后的 粉體放入電阻爐中,在空氣狀態(tài)下加熱至550°C保溫15分鐘,爐冷至室溫,即 得到純凈的洋蔥狀富勒稀。
實(shí)施例3
取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中,研磨2小時(shí)。然后,將粉體置于 300ml體積比為1: 1: 2的HC1/HN03/H20溶液中,攪拌10小時(shí)。過濾上層懸浮 液,并用去離子水反復(fù)清洗,烘干。最后,將烘干后的粉體放入電阻爐中,在 空氣狀態(tài)下加熱至500°C,保溫30分鐘,爐冷至室溫,即可得到純凈的洋蔥狀 富勒烯。