氯氧化法純化碳納米管由于具有獨特的性能和廣闊的應(yīng)用前景，碳納米管越來越受到人們的關(guān)注。目前生產(chǎn)碳納米管的方法主要有：電弧放電法、激光蒸發(fā)法和催化化學(xué)氣相沉積法(CVD)。在通常情況下，CVD法制備的原始碳納米管包含大量的雜質(zhì)，如：催化劑顆粒、無定形碳、碳納米粒子。這些雜質(zhì)的存在嚴重影響碳納米管的性能，也進一步阻礙了人們探索碳納米管的新性能和新應(yīng)用。因此，對碳納米管進行研究和應(yīng)用之前，有必要對其進行純化，以除去這些雜質(zhì)。目前人們主要研究的碳納米管純化方法主要有:物理分離法、氣相氧化法、液相氧化法和聯(lián)合純化法。物理分離法是指在表面活性劑(如：十二烷基硫酸鈉)的幫助下，首先將碳納米管分散在溶液中，然后通過過濾、離心沉降、色譜法等分離提純。物理分離法只適合純化少量的實驗樣品，不適合大規(guī)模的工業(yè)純化。氣相氧化法是一種常用的方法，通常是指碳納米管在加熱至304600C條件下被氧氣、氯氣或其混合氣體氧化，但是這種方法不能有效的除去催化劑顆粒和石墨。同時，氣相氧化法是氣/固接觸的非均相氧化，氣體不能和碳納米管均勻接觸，因此其純化效果不佳。液相氧化法1163J中常用的強氧化性液體有：硝酸、硝酸/硫酸混合物、硫酸/高錳酸鉀混合物。像硫酸/高錳酸鉀混合物這種強氧化性物質(zhì)通常只適合純化多壁碳納米管，因為多壁碳納米管的抗氧化能力比單壁碳納米管強。而單壁碳納米管一般采用硝酸氧化法除去金屬催化劑和碳顆粒有一些學(xué)者已經(jīng)利用硝酸回流氧化法純化碳納米管，對氧化時間、溫度和硝酸濃度等因素進行了考察，得到了相似的研究結(jié)果。有一些研究結(jié)果表明酸處理會增加碳納米管被破壞的幾率，單壁碳納米管會受到破壞、打斷甚至破碎，同時碳納米管會被分解的副產(chǎn)物粘接成團。聯(lián)合純化法是指酸處理、氧化法、熱處理等方法的組合，它包含了氣相氧化法和液相氧化法的優(yōu)點。例如，Hou等人報道了一種多步純化碳納米管的方法，主要包括超聲處理、水熱處理、漠化、氧化和酸處理等過程。還有一些研究者報道了利用微波對密閉容器中的硝酸進行加熱回流純化碳納米管的方法。這些方法都比較有效的除掉原始碳納米管中的雜質(zhì)，但是操作起來并不方便，不適合大規(guī)模的純化碳納米管。因此，到目前為止，尋找一種新的、簡單而有效的純化方法仍然是一個值得研究的課題。本文主要是介紹一種簡單的MWCNTS純化方法，主要由氯水處理和氨水處理兩個過程，此方法能夠有效的除掉原始碳納米管中的催化劑顆粒、碳顆粒和包裹在碳納米管表面的無定形碳。純化后的碳納米管表面帶有羥基和羧基，能夠提高碳納米管在水和常用有機溶劑中的分散性。實驗部分《1》混酸純化碳納米管將0.5g原始碳納米管加入裝有H2S04/而03（體積比3：1）混酸的三口燒瓶中，超聲振蕩8h，然后將燒瓶移至100°C油浴鍋中回流2h，反應(yīng)完畢后，將混合液減壓過濾，用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，將濾餅在100°。真空干燥24h，得到混酸純化多壁碳納米管

(a—P.MWCNTsL《2》氯氧化純化碳納米管尾氣凈化器圖1稱取2.0g原始碳納米管加入三口燒瓶，再量取300ml蒸餾水倒入其中，將實驗裝置按圖1,攪拌并超聲分散lh；將超聲清洗器水槽中

的水加熱至60°C,開啟閥門滴加濃鹽酸，控制氯氣流速為2-3ml/min,尾氣用氫氧化鈉溶液吸收；繼續(xù)攪拌和超聲分散，維持反應(yīng)溫度60C,4h后停止反應(yīng)。圖2將三口燒瓶中的混合物用0.2um的聚偏氟乙烯膜過濾，將濾渣加入三口瓶中，加入10wt%的氨水200ml將實驗裝置按圖2的指示裝好，將超聲清洗器水槽中的水加熱至60C，攪拌和超聲分散反應(yīng)2h。將三口燒瓶中的混合物用0.2um的聚偏氟乙烯膜過濾，并用大量蒸餾水洗滌濾渣，直至濾液呈中性，將濾渣在120°C真空干燥24h就得到1.2g純化碳納米管(0—P-MWCNTS)。機理Cl2+ H20 AHCIOHCfO aHC1+02Ni/Mo/MgO+Cl2+HCIO+HCI NiCI3+MoO3+MgCI2□(amorphouscarbonorcarbonparticles)+HCIO CO2CNT+HCIO ?CNT-COOH+CN「OH次％—MoO3?NH3*H20——A(NH4)xMoyOz碳納米管純化前后的FTIR研究

圖2.6原始碳納米管(a)、圖2.6原始碳納米管(a)、a-p-MWCNTs(b)和c-p-MWCNTs(c)的FTIR譜圖80-0I■i■i■i*i1r■r3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers(cm。100-圖為原始碳納米管和純化碳納米管的FTIR曲線對比圖。在原始碳納米管（圖2.6a）的FTIR曲線中，1630cm-i吸收峰是碳納米管骨架石墨結(jié)構(gòu)的伸縮振動，3450cm-1吸收峰是O-H的伸縮振動，1100cm1吸收峰是C-O的伸縮振動，由此可見，原始碳納米管吸附有少量的水分子。在a.P—MWCNTs（圖2.6b）中，同樣有石墨結(jié)構(gòu)的伸縮振動吸收峰（1576皿1）。與原始碳納米管不同的是，a.P—MWCNTs在1724cm-1和1210cm-1分別出現(xiàn)C=O和C-O的伸縮振動吸收峰，在3450cm-1處的吸收峰歸屬為O-H伸縮振動，這說明混酸純化后羥基和羧基出現(xiàn)在碳納米管表面，可能是其表面被氧化所致。此外，a.P-MWCNTs在949和733處的吸收峰歸屬為碳管表面的結(jié)合的C-H面外彎曲振動，說明局部碳納米管外壁被氧化反應(yīng)破壞，引入了氫元素。對C.P-MWCNE而言，它和a.P-MWCNTS一樣具有石墨結(jié)構(gòu)的伸縮振動(1576)、O-H伸縮振動(3450)、C=O(1724)和C-O(1201)的伸縮振動吸收峰，而且還有C-Cl吸收峰(632)出現(xiàn)，這