碳纳米管的过氧化氢法纯化研究

碳纳米管的过氧化氢法纯化研究
摘要
本文首先介绍碳纳米管的发现，碳纳米管的结构；详细介绍了碳纳米管的制备的方法，重点讲述碳纳米管的各种纯化方法;也对碳纳米管的应用进行描述，对碳纳米管的未来提出展望。

实验部分首先讲述了用来制备碳纳米管的催化剂的制备，接着讲述碳纳米管的制备，重点讲述用过氧化氢纯化碳纳米管的整个实验流程，并把实验中遇到的问题，以及如何解决这些问题进行了阐述。

最后把实验数据进行处理，将纯化后的碳纳米管做表征，通过扫描电子显微镜，拉曼普图和热重分析的研究，得出在此条件下过氧化氢法纯化碳纳米管的最佳浓度。

关键词：碳纳米管过氧化氢纯化扫描电子显微镜拉曼光谱热重分析Oxidative purification of catalytically prepared carbon nanotubes
with H2O2
Abstract
Key Words: Carbon nanotubes; H2O2; Purification; SEM;
目录
摘要 (I)
ABSTRACT (II)
第一章文献综述 (1)
1.1 碳纳米管的结构 (1)
1.2 碳纳米管的制备 (1)
1.2.1电弧法 (1)
1.2.2催化法 (2)
1.2.3激光蒸发法 (3)
1.3 碳纳米管的纯化 (3)
1.3.1物理纯化方法 (4)
1.3.2 化学纯化法 (5)
1.3.3 综合纯化法 (8)
1.4 碳纳米管的应用 (9)
1.5 展望 (9)
第二章实验部分……………………………………………………………
2.1催化剂的制备 (9)
2.2 碳纳米管的制备 (9)
2.2.1制备碳纳米管的仪器
2.2.2碳纳米管的制备
2.3过氧化氢法纯化碳纳米管 (10)
2.2.2 网站导航的表现形式 (12)
2.3 使用所见既所得工具创建网站导航 (14)
2.4 网站导航设计的一般原则 (17)
……
结语 (104)
参考文献 (106)
致谢 (107)
文献综述
自从1991年日本NEC的lijima用真空电弧蒸发石墨电极，并对产物作高分辨率透射电镜（HRTEM）分析，发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物碳纳米管（CNTs）,碳纳米管特殊的结构以及性能引起了科学家的兴趣。

碳纳米管特殊的
中空结构、大的比表面积、低的电阻率和高的稳定性,理论上可广泛应用于电池材料、储氢材料、平面显示器材料、化学传感器和超大容量电化学电容器。

大量的报道表明,目前碳纳米管的制备已经取得了较大的进展。

但无论何种方法,制备的碳纳米管产物中,总有其他杂质存在,如金属催化剂颗粒、无定性碳、石墨碳碎片、碳纳米颗粒等,制约着碳纳米管应用潜力的开发。

因此,纯化成为提高碳纳米管产物纯度和改善结构很重要的步骤。

当前,科学家们采用各种纯化手段,已取得了较大进展。

1.1 碳纳米管的结构
碳纳米管是指由类似石墨的六边形网格组成的管状物 ,可以看作是石墨片层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成。

管子一般由单层或多层组成 ,相应的纳米碳管就称为单壁纳米碳管 (SWNT) 和多壁纳米碳管 (MWNT)。

碳纳米管的直径在几微米到几十纳米之间 ,长度可达数微米 ,因此有较大的管径比。

资料[1]表明:碳纳米管的晶体结构为密排六方 (hcp) , a = 0.24568nm, c = 0.6852nm, c/a = 2.786,与石墨相比 ,a值稍小而 c值稍大 ,预示着同一层碳管内原子间有更强的键合力 ,碳纳米管有极高的同轴向强度。

多壁[2]碳纳米管存在三种类型的结构。

1.2 碳纳米管的制备
1.2.1 电弧法
电弧法是传统的生产富勒烯的方法。

该方法是在真空反应室中充满一定压力的惰性气体 ,采用面积较大的石墨棒(直径为20mm)做阴极 ,面积较小的石墨棒(直径为10mm)做阳极。

在电弧放电过程中 ,两石墨电极间总保持 1mm 的间隙。

阳极石墨棒不断被消耗 ,在阴极上沉积有 NTs、富勒烯、石墨颗粒、无定形碳和其他形式的碳微粒;同时在电极室的壁上沉积有由富勒烯、无定形碳等碳微粒组成的烟灰。

电弧法制备的一般都是 MWNTs,而且尺寸小 ,更重要的是阴极沉积物沉积时的温度太高(电弧能产生高达 4000K的高温) ,导致所制备的碳纳米管缺陷多 ,且与其他的副产物如无定形碳、纳米微粒等杂质烧结于一体 ,对随后的分离和提纯不利。

1.2.2 催化法
（1）复合电极电弧催化法
因为传统的电弧法只能制备出MWNTs,为了解决 SWNTs的制备问题 ,在电弧法的基础上用复合电极电弧催化的方法能很好地解决这一难题。

为此 ,Iijima 等[3]成功制备出直径分布在 0.75～1.6nm,最长达700nm 的 SWNTs。

其方法基本上与电弧法相同 ,只是将直径为20mm的阴极棒的中心钻一小洞 ,洞中填塞金属铁的粉末。

研究发现 ,在电弧放电所形成的高温条件下 ,同时产生碳和铁的蒸气相 ,蒸气相的铁作为均相催化剂 ,催化吸附在铁上由石墨棒形成的气相碳并生成 SWNTs,然后与烟灰一起沉积在真空室壁上。

Takahashi 等[4]和Tohji 等[5]用填有铁、镍粉末混合物的石墨碳棒做阳极 ,在氦气气氛条件下制备出NTs。

同Iijima 等的结果一样 ,沉积在真空室顶部壁上的烟灰中生成的是SWNTs。

这种在阳极(或阴极)的石墨棒中间打洞后填充金属或合金粉末制备的方法简单易行 ,并且具有极强的普适性。

（2）碳氢化合物催化分解法(又称 CVD法)
在研究NTs的制备过程中 ,由于 NTs 和碳纤维形貌的相似性 ,人们很自然地把研究方向转向通过催化分解碳氢化合物气体来制备NTs。

其典型装备(见图1)和过程是在一个平放的管式炉中放入作为反应器的石英管 ,将一个瓷舟放在石英管中 ,瓷舟底部铺上一层薄薄的采用浸渍法制备的负载在石墨粉或硅胶(10～40μm)上的金属催化剂或纯金属粉末催化剂。

反应混合气(如含 2. 5 %～10 %
乙炔的氮气)以 0.15～0.59molC
2H
2
/ h 的速率通过催化床 ,温度为773～1073K,
反应时间根据催化剂用量、混合气流速和反应温度而定 ,催化剂的种类和制备方法、载体、乙炔的比例和流速、反应温度等对所生成的数量、质量、内外径、长度都有影响。

反应中所用的催化剂一般是负载在硅胶、分子筛或石墨上的铁、钴、镍、铜、铬或它们的合金。

实验结果表明 ,用铁和钴作催化剂时制备的NTs含量高、质量好 ,钴作催化剂时 ,效果更好。

催化剂有多种形式 ,可以是负载型的 ,也可以是固熔体、筛网、纯金属或合金。

图1 CVD法制备碳纳米管装置图
催化法生产的 NTs 长度可达 50μm,产量大 ,粗产品中 NTs 的含量高 ,生产方法简单 ,便于控制 ,重复性好 ,是一种很有应用前途的方法。

但是同电弧法一样 ,碳氢化合物催化分解法制备的产品中共存有几种不同结构形式的碳———无定形碳、碳纤维、纳米级的石墨颗粒和NTs,需要进一步纯化。

1.2.3 激光蒸发法
激光蒸发法 [6]是将一根金属催化剂、石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间 ,该管则置于一加热炉内。

当炉温升至1473K时 ,将惰性气体充入管内 ,并将一束激光聚焦于石墨靶上。

石墨靶在激光照射下将生成气态碳 ,气态碳和催化剂被气流从高温区带向低温区 ,在催化剂的作用下生长成单壁碳纳米管。

时 ,在电极激光蒸发石墨电极是研究碳簇的方法之一。

Smalley 等制备 C
60
中加入一定量的催化剂颗粒 ,发现能得到单壁碳纳米管[6]。

1996 年，Thess等[7]对实验条件进行改进 ,在 1473K下 ,采用50ns的双脉冲激光照射含Ni/ Co 催化剂颗粒的石墨靶 ,获得高质量的单壁碳纳米管管束 ,该方法首次得到相对较大数量的单壁碳纳米管。

1.3 碳纳米管纯化
CNTs的纯化主要有三方面含义: 一是除去催化剂颗粒, 二是除去杂质碳, 三是消除CNTs生长过程中的结构缺陷。

碳纳米管(CN T s) 由于不同的制备方法和实验条件引入的杂质不同, 所以纯化方法还因具体的制备方法而异。

物理方法主要是根据碳纳米管与杂质物理性质(如粒度、形状、比重、电性能等) 的不同而进行分离; 化学方法主要是根据碳纳米管与其它含碳杂质的化学稳定性不同, 利用氧化剂对碳纳米管和碳纳米微粒、无定形碳等杂质的氧化速率不同而逐步分离; 综合法则是把二者结合起来使用的一种方法。

1.3. 1物理纯化方法
（1）离心分离法
由于石墨微粒、碳纳米粒子和无定形碳等杂质的粒度比碳纳米管大, 在离心分离时它们受到离心力的作用先沉积下来, 而粒度较小的碳纳米管则留在溶液中, 从而分离。

Bandow 等[7] 用该方法将含量仅为 3%～ 5%的 SWNTs 从电弧放电法所得的石墨灰中分离出来:首先利用超声分离技术, 将 5g 石墨灰充分分散到3000mL 含 0. 1%阳离子表面活性剂(苄基烷基氯化铵)的水溶液中。

然后将分散后形成的胶状悬浮液进行首次离心处理(离心速度为 5000r/min), 便可除去直径d= 50～ 80nm 的碳质大颗粒。

当离心速度达到15000r/min 时, 直径d≤50nm 的杂质颗粒也基本上能沉淀下来, 而大部分的SWNTs 仍存在于悬浮液中, 这样分离出的 SWNTs的纯度为40%～ 70%。

这种方法操作简单, 但其缺点是所得纯度仍然不高。

（2）电泳纯化法
Yamamoto 等[8] 利用电泳原理, 先将传统电弧放电法所制备的CNTs 充分分散于异丙醇溶液中, 离心除去较大的碎片, 然后在充满分散液的容器中放入两个间距为 0. 4mm 的共面铝电极。

因为CNTs 有电各向异性这一特征, 所以当两个铝电极之间加上大小为 2. 5×10 V·cm- 1的交变电场时, 在电场的作用下,CNTs 将向阴极移动, 并沿着电场方向进行有规律的定向排列。

计算表明,CNTs 在电场中迁移速率大于5×10- 5 cm 2·V- 1·S - 1。

该方法根据电泳速率的不同将CNTs 与其它杂质颗粒分离, 且所得CNTs 未受到损坏。

（3）过滤纯化法
Bonard 等[9] 将电弧放电法所得 CNTs 在 0.5 (wt)%十二烷基磺酸钠(SDS) 溶液中超声震荡15min, 然后先经过沉淀、离心处理(5000r/min, 10min), 使直径大于500nm 的石墨粒子沉淀。

剩下的悬浮液在超声震荡下微孔过滤。

为了提高产率, 对滤出物和滤液都进行了反复的过滤。

经过两次循环后, 所得CNTs 的纯度接近 90%。

同时通过控制凝絮, 可按一定尺寸范围选择性分离CNTs。

Bandow 等[10]将脉冲激光蒸发法制备的SWNTs(含有碳纳米球、金属纳米颗粒、聚芳香烃
中以除去富勒烯及聚芳香烃, 再将剩下的不溶物和富勒烯等杂质)首先溶于CS
2
分散到含表面活性剂(苄基烷基氯化铵)0.1%的水溶液中, 超声震荡 2h 后, 在
N
(压力 200kPa)中磁力搅拌下微孔过滤, 大部分的金属纳米粒子和碳纳米球都
2
进入滤液而被除去, 最后所得SWNTs 的纯度> 90%。

与此同时,Shelimov 等[11] 发现结合超声振荡技术和微量过滤方法, 可将由激光蒸发法制备出的SWNTs 从含有无定形碳、石墨多面体和金属催化剂微粒等杂质的产物中有效地分离出来。

在过滤过程中, 超声技术的引入可以防止过滤器受到污染, 同时还可以保持一个充分分散的碳纳米管与纳米颗粒共存的悬浮液环境。

由于起始原料的不同, 这种方法可以得到产率为30%～ 70%、纯度> 90%的单壁碳纳米管, 由于超声震荡的切割作用, 纯化后管会变短。

过滤法具有简捷、高效的特点, 同时不会破坏样品, 但该方法成本较高。

（4）空间排斥色谱法[12] [13]
空间排斥色谱法(Size Exclusion Chromatography, SEC)也称凝胶渗透色谱法。

该方法是基于试样分子尺寸和形状的不同来实现分离。

该方法所用的填充剂是凝胶, 其孔穴大小应与被分离试样的大小相当。

对于那些太大的分子(如碳纳米管)不能进入孔穴而被排斥, 故随流动相移动而最先流出; 小分子能深入大大小小的孔穴, 完全不受排斥, 而最后流出; 中等大小的分子可进入较大孔穴, 但会受到较小孔穴的排斥, 所以在介于上述两种情况之间流出。

由于碳纳米管与其它杂质的尺寸不同, 故该方法可有效将单壁或多壁碳纳米管与其它杂质分离。

1.3. 2化学纯化方法
碳纳米管具有很高的结构稳定性, 耐强酸、强碱腐蚀, 而其它的杂质, 如石墨微粒、碳纳米粒子、富勒烯, 它们的稳定性都远不如碳纳米管。

可用酸(如盐酸, 氢氟酸等)去除金属催化剂颗粒, 同时利用碳纳米管稳定性高、不易氧化的这一特性, 用氧化剂把其它碳成分除掉。

通常采用的氧化方法有气相氧化法和液相氧化法, 也称为干法和湿法。

（1）气相氧化纯化法
气相氧化法主要是利用空气或氧气对含碳纳米管的样品进行氧化从而达到提纯的目的, 该方法不需要特殊的实验装置, 反应条件容易控制, 操作简单、易行, 有工业化应用前景。

①氧气氧化法: Sekar 等[14]对由电弧放电法所制备的CNTs(主要杂质为碳纳米颗粒)进行纯化, 发现在流动的氧气环境下, 当温度升至 725℃时(升温速率
120℃/h, 氧气流速 200mL/min), 氧化速率最大, 在该温度持续1～ 2h 后其
它碳微粒可被完全氧化掉而得到较纯净的CNTs。

②空气氧化法: Sekar 等[14] 发现当空气气流速率为 50mL/min, 升温速率为20℃/min 的情况下, 温度达到 840℃时, 由电弧放电法所制备的CNTs 样品的氧化速率达到最大。

③ CO
2
氧化法[15][16]: Tsang 等[15]将电弧放电法所得的阴极沉积物放入石英
管中, 在 850℃下通入CO
2
(20mL/min), 持续5h 后, 约有10 (wt)%损失, 此时碳纳米管的封口被打开。

继续加热, 碳纳米颗粒被氧化除去。

而且当氧化时间足够长时,MWNTs 的管壁会受到侵蚀, 从而变成SWNTs, 样品的比表面积由氧化前的21.0 m2/g 增加到氧化后的31.7m2/g。

④ H
2S–O
2
氧化法: Jeong 等[17]用 3mol/L 的盐酸来除去电弧放电法所得
SWNTs 中的金属催化剂颗粒, 然后用H
2S–O
2
的混合气体选择性地氧化碳杂质颗
粒。

其中H
2
S 既有利于其它碳杂质颗粒的除去又同时抑制了碳纳米管的氧化。

所得碳纳米管的纯度> 95%, 纯化产率为20%～ 50%。

⑤金粉催化O
2氧化法:M izoguti等[18]对激光蒸发法(N i
2
Co 作催化剂)制
备出的 SWNTs 进行纯化。

他们将原样品加入到超细金粉(平均粒径为20nm)的胶状溶液(7×10 粒cm )中, 在加入0.1(vol)%的苄基烷基氯化铵作为表面活性剂后, 用磁力搅拌器搅拌 1h(1300 r/min)。

超声震荡20min 后, 蒸发干燥。

干燥后的样品在350℃(通过TGA 确定)用O
2
(压力20kPa)氧化20min, 由于细金粉的引入, 在这相对较低的温度下无定形碳及其它碳杂质都几乎被完全氧化掉了, 剩下的金粉颗粒通过微孔过滤(银质滤膜, 孔径为 0.45μm)除去, 最后所得SWNTs 纯度高且未受到损坏。

（2）液相氧化纯化法
液相纯化法一方面用酸来去除金属催化剂颗粒, 另一方面用氧化性酸溶液将比碳纳米管更容易氧化的其它杂质除去。

常用的氧化性酸溶液有硝酸、混酸、重铬酸钾、高锰酸钾的硫酸溶液和过氧化氢法等。

①氢氟酸纯化法: Ivanov 等[19] 对由模板催化裂解法制备的CNTs 进行纯化, 选用40%的氢氟酸对含金属催化剂杂质的碳管进行72h 的浸泡, 从而得到较为纯净的CNTs。

该方法可较好除去残留的金属催化剂杂质, 但其它碳杂质还仍然
存在。

②浓硝酸氧化法: Tsang 等[20]将电弧放电法制备出的阴极沉淀物放入 65%的浓硝酸中, 在140℃油浴中加热回流4～ 5h, 发现约有2%的重量损失, 部分CNTs 的封口被氧化而打开。

随着氧化时间的增加和浓硝酸用量的增加, 最终可以得到纯净的CNTs, 但该方法所需时间较长, 而且对碳管有损坏。

③重铬酸钾氧化法: 杨占红等[21] 研究了酸性重铬酸钾溶液对电弧放电法所制备CNTs 的纯化, 他们考察了硫酸用量、反应温度、时间等对碳纳米管纯度的影响, 发现当硫酸浓度为50(vol)%,硫酸用量过量50%, 反应温度140℃, 反应时间2h, 为最佳实验条件。

④高锰酸钾氧化法: Colomer 等[22]首先用 38%～ 40%的氢氟酸在不断搅动的情况下 24h 浸泡乙炔催化裂解法所得产物(含MWNTs),过滤后用蒸馏水反复清洗, 从而彻底去除催化剂杂质。

然后将100mg 上述产物溶于50mL 含有高锰酸钾(526. 3mg)的硫酸溶液(0.5mol/L)中, 在80℃下氧化, 结果发现当质量损失率> 60%时, 样品中的无定形碳已完全被除去。

⑤混酸氧化法: 杨占红等[23]以碱为分散剂对电弧法所得产物进行预处理, 以混酸为氧化剂对CNTs 进行纯化, 结果发现浓硫酸和硝酸的混合物可以较快地将碳纳米管纯化; 而且在其实验条件下当浓硫酸与浓硝酸的体积比为 3∶1, 反应温度为回流温度, 反应时间为 0.5h 时, 其纯化效果最佳。

Biro 等[24]分别用高锰酸钾氧化法和混酸氧化法对模板CVD 法(用Co 作催化剂) 制备的MWNTs 进行纯化。

他们首先将样品溶于HF, 除去金属颗粒。

再分
别用KMnO
4 –H
2
SO
4
和HNO
3
–H
2
SO
4
对处理后的样品进行进一步处理。

比较发现,
KMnO
4H
2
SO
4
氧化过程不仅能较彻底除去碳质杂质和金属催化剂微粒, 同时只对
MWNTs 的外层管壁造成适度的破坏。

SEM 显示, 较细、没有缺陷的碳纳米管在该氧化过程中不会受到破坏, 而缺陷较多的管在缺陷密集处容易受到攻击。

该方法
的缺点是即使重复使用也无法除去包覆在管内的催化剂颗粒; 而HNO
3–H
2
SO
4
氧
化处理, 会给MWNTs 的外层引入含S 的官能团。

⑥过氧化氢法；
Hernadi等[25] 研讨了由催化裂解法所制得的多壁碳纳米管在KMnO
4、H
2
O
2
以及
HClO
4等中的纯化效果。

研究方法表明：用H
2
O
2
进行纯化是一种有效的方法。

王野等[26]对定向碳纳米管阵列采用原位H
2O
2
氧化,获得了碳管端帽打开,表
面纯净的定向碳纳米管阵列。

处理后的碳纳米管具有很好的定向性、石墨化程度和热稳定性。

此种方法简单易行,便于控制,所得定向碳纳米管具有广阔的应用前景。

（3）其它化学方法
①高温退火法:在碳纳米管外部和嵌入碳纳米管内部的金属催化剂颗粒都被去除, 碳纳米管管壁的缺陷明显减少, 且壁层之间的间距有所减小。

该方法成本较低,有商业应用前景。

Park 等[27]利用热退火过程中的选择性氧化来纯化在氦气环境下用传统电弧放电法合成的MWNTs。

原样品被放入石英管中, 在空气中退火时, 石英管被不断地旋转, 使碳管与其它碳质杂质都能均匀地接触到空气。

实验发现当退火温度为 760℃, 退火时间为 10min时, 碳质杂质已基本消失, 而且纯化产率可高达40%。

②红外照射法:Ando 等[28]用纯石墨作电极在氢气环境中用电弧放电法制备出了高质量的MWNTs, 但该产物中仍有少量的碳纳米颗粒存在。

他们将该样品放入石英样品座中在500℃下红外线加热系统照射 30min, 纯化后的样品成海绵状。

经HRSEM 检测, 几乎所有的碳纳米颗粒都被除去。

③电化学氧化法: 杨占红等[29] 先将质量比为 1: 1 的聚四氟乙烯粉体(PTFE)与乳化剂(OP)制成均匀的乳化液, 然后加入5 (wt)%的CNTs(由电弧放电法制备), 经过一系列加工制成了圆锥状电极, 把它作为阳极插入电解质(2mol/L 的硫酸溶液)中, 阴极材料为铜板, 电流密度为 500A/m2, 温度25℃。

待阳极溶解后, 将电解液过滤得到黑色纯净的CNTs。

该方法氧化均匀, 易于控制,处理时间短, 且纯化效果好。

1.3. 3综合纯化法
(1)酸处理与电泳法的结合:Bae 等[30]将电弧放电法所制得的含有石墨粒
子、无定形碳等杂质的MWNTs 首先用体积比为 3∶1 的浓H
2SO
4
HNO
3
进行酸处理,
然后在加入异丙醇的水溶液中超声振荡24h, 再在所得悬浮液中加入少量的苄基烷基氯化铵使MWNTs 带正电, 电泳过程中由于MWNTs的电泳速率比其它碳杂质高1. 5 倍, 从而将MWNTs 与其它杂质分离。

(2)微孔过滤与电解法的结合:Unger 等[31]用电解法对MWNTs 进行化学改性研究。

他们将模板CVD 法制备MWNTs 样品用超声震荡法在水溶液中与Si基底分离, 在微孔过滤后, 分别用水、异丙醇和丙酮洗涤、干燥。

将所得绒毛纸状的样品接到铂线上作为电解池的阳极。

电解池中装有2mol/L 的NaCl或KBr 溶液, 通电16～ 24h(电流 100mA)后将MWNTs 与电极分离, 溶于水中, 经过超声震荡后, 反复过滤洗涤。

最后所得样品呈绒毛纸状, 由柔韧而具有光泽的薄片组成, 而且新出的样品易溶于水和酒精。

电解后,卤素原子接入MWNTs, 使其可溶于水或酒精, 而其它杂质及改性程度较低的MWNTs 不能被溶解, 从而将它们分离, 达到纯化的目的。

(3)气相氧化、酸处理与微孔过滤的结合: Shi等[32] 对电弧放电法大量合成的SWNTs 进行纯化研究。

他们通过TGA 曲线确定SWNTs 煅烧纯化最佳温度为350℃, 在该温度下煅烧2h(空气气流速率70mL/min), 将残留烟灰在36%的盐酸中浸泡一天后离心分离, 所得沉积物在用去离子水清洗后放入 0.2%的苄基烷基氯化铵溶液中超声震荡分散, 然后先后用孔径为1μm 和0. 2μm 的滤膜真空过滤, 最后所得产物中SWNTs 的纯度> 90%。

1.4 碳纳米管的应用
碳纳米管由于它独特的电子结构及物理化学特性，它在各个领域中的应用已引起各国科学家的普遍关注。

它主要可用在以下四个方面：（1）高强度碳纤维材料（2）复合材料（3）纳米电子器件（4）催化纤维和膜工业。

1.5 展望
随着碳纳米管性质与应用研究的深入，对CN T s的纯化技术提出更高的要求。

在纯化技术领域积累大量方法和实践经验的基础上，虽然还没有出现简单易行又有较高得率的纯化方法，但是出现了促进纯化技术良性发展的新思路、新工
艺。

在未来的研究工作中，我们将用H
2O
2
法进行单壁碳纳米管的纯化研究。

第二章实验部分2.1 药品：
表2-1药品
2.2 催化剂的制备
先将0.1064g 的(NH 4)6Mo 7O 24·4H 2O 2和2.0223g 的Ni(NO 3)2·6H 2O 溶于100ml 蒸馏水中，然后加入9.3769g 的MgO 不断搅拌后使其混合均匀，接着超生分散30min 且温度控制在20-30℃之间。

然后将其放入蒸发皿中加热至干燥，碾成粉末放在马弗炉中，于800℃焙烧5h ，
自然冷却后取出为催化剂。

将其称重，质量为9.4572，装袋 ，贴上标签。

2.3实验仪器
表2-2 实验仪器
2.4制备碳纳米管
碳纳米管制备装置示于图2-1
图2-1催化裂解法制备碳纳米管装置
称取制备好的催化剂1.5g以下，均匀铺在石英舟的底部，置于石英管反应器中布贾文恒热区（图2-1），先通N25分钟赶走管内空气，并调节控温仪，设置适当的温度，开始加热。

当温度升至设定温度（T=700℃）后切换氮气至甲烷，进行碳纳米管的生长，反应30分钟后停止加热，关闭甲烷气体，重新通入N2，自然冷却至室温，关闭N2，取出产物，称量，装袋，贴标签。

2.5碳纳米管的过氧化氢法纯化
称取适量的碳纳米管粗品将其放入250ml的锥形瓶中，加入适量的盐酸浸泡12-24h（注意：要将瓶壁上的碳纳米管冲干净）；将浸泡后的碳纳米管放入砂芯漏斗中加蒸馏水过滤直至PH=7；称取适量的十二烷基苯磺酸钠加水溶解作分散剂，将调好PH值的碳纳米管和分散剂至于250ml的锥形瓶中，将其进行超声清洗30min，温度控制在20-30℃；将清洗好的碳纳米管至于砂芯漏斗中继续加蒸馏水过滤至PH=7；由于实验室的双氧水浓度是30﹪，所以要配取一定浓度的双氧水，将过滤好的碳纳米管和双氧水至于三口烧瓶中在常温中回流2h；将回流好的碳纳米管至于砂芯漏斗中加蒸馏水过滤至PH=7；将过滤好的碳纳米管刮入小烧杯中，将小烧杯放入真空干燥箱中在60℃烘干；将烘好的碳纳米管取出称量。

2.6碳纳米管的表征方法
采用拉曼光谱（Raman）(JY HR800 ,法国JY公司)观察碳纳米管纯化前后的特征谱图，扫描电镜（SEM）（JEOL，JSM-5900，加速电压：20KV）观察碳纳米管的整体形貌，热重
第三章结果与讨论
3.1 实验数据
3.1.1 用不同量的催化剂制备的碳纳米管，所得结果列于表3-1
表3-1
3.1.2由于实验室的双氧水浓度是30﹪，所以双氧水浓度需要重新的调配，数据如下：
3.1.3用双氧水纯化碳纳米管，通过改变浓度来纯化碳纳米管。

第一次先试验一下寻找碳纳米管合适的回流时间，得到数据如下表3-1。

表3-1。