專利名稱：洋蔥狀富勒烯提純工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對洋蔥狀富勒烯的提純方法，特別是一種對洋蔥狀富勒烯的初產(chǎn)品進(jìn)行提純的工藝。
背景技術(shù)：
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)報道了對C60、碳納米管的分離提純研究，而尚未見到對洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)提純研究的報道，也未見到對洋蔥狀富勒烯初產(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，我們設(shè)計了提純工藝，其中球磨法主要針對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)，但同時會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。

發(fā)明內(nèi)容
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，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℃～550℃，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℃～200℃的溫度區(qū)間內(nèi)加熱回流1.5～4小時，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400℃～600℃，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℃～2000℃，保溫3～6小時，后冷卻至室溫；然后再在空氣狀態(tài)下加熱至450℃～600℃，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，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℃～550℃，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。


圖1是真空熱處理法制備的洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品的低分辨透射電鏡圖片圖2是洋蔥狀富勒烯萃取、熱處理工藝提純后的低分辨透射電鏡圖片圖3是洋蔥狀富勒烯萃取、熱處理工藝提純后中單個洋蔥狀富勒烯的高分辨透射電鏡圖片具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1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。然后，將粉體置于300ml體積比為1∶1∶4的HCl/HNO3/H2O溶液中，攪拌15小時。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450℃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。然后，將粉體置于300ml體積比為1∶1∶1的HCl/HNO3/H2O溶液中，攪拌10小時。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550℃保溫15分鐘，爐冷至室溫，即得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
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。然后，將粉體置于300ml體積比為1∶1∶2的HCl/HNO3/H2O溶液中，攪拌10小時。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℃，保溫30分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施方式2實(shí)施例4取2克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中，研磨2小時。將粉體放入CS2溶劑中進(jìn)行索氏萃取，萃取時間為20小時，取出并過濾萃取產(chǎn)物，烘干備用。然后，將烘干后的粉體放入250ml圓底燒瓶中，加入15克重鉻酸鉀粉體及體積比為1∶1硫酸溶液70ml，在180℃下加熱回流3小時，并拌有電磁攪拌，將得到的有色的溶液過濾并用去離子水反復(fù)清洗，直至溶液pH值為中性，烘干過濾產(chǎn)物，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例5取1.2克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中，研磨1小時。將粉體放入甲苯溶劑中進(jìn)行索氏萃取，萃取時間為15小時，取出并過濾萃取物，烘干備用。然后，將烘干后的粉體放入250ml圓底燒瓶中，加入10克重鉻酸鉀粉體及體積比為1∶2硫酸溶液70ml，在150℃下加熱回流2小時，并拌有電磁攪拌，將得到的有色的溶液過濾并用去離子水反復(fù)清洗，直至溶液pH值為中性，烘干過濾產(chǎn)物，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施方式3實(shí)施例6取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中，研磨1小時，然后對粉體進(jìn)行索氏萃取操作，以CS2為萃取劑，萃取時間為10小時，取出并過濾萃取物，烘干備用。再將烘干后的粉體放入電阻爐中，在空氣狀態(tài)下加熱至450℃，保溫45分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例7取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中，研磨1小時，然后對粉體進(jìn)行索氏萃取操作，以甲苯為萃取劑，萃取時間為20小時，取出并過濾萃取物，烘干備用。再將烘干后的粉體放入電阻爐中，在空氣狀態(tài)下加熱至500℃保溫40分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例8取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品置于研缽中，研磨2小時，然后對粉體進(jìn)行索氏萃取操作，以二甲苯為萃取劑，萃取時間為15小時，取出并過濾萃取物，烘干備用。在將烘干后的粉體放入電阻爐中，在空氣狀態(tài)下加熱至550℃保溫30分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施方式4實(shí)施例9將2克真空熱處理法制備的洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品放入石墨坩堝中，并一起置于真空熱處理爐中。在10-1～10-3Pa的真空度下，升溫至1500℃，并保溫4小時，然后爐冷至室溫。將得到的樣品放入電阻爐中，在空氣中，加熱至550℃，保溫40分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例10將2克真空熱處理法制備的洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品放入石墨坩堝中，并一起置于真空熱處理爐中。在10-1～10-3Pa的真空度下，升溫至1800℃，并保溫4小時，然后爐冷至室溫。將得到的樣品放入電阻爐中，在空氣中，加熱至600℃，保溫30分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施方式5實(shí)施例11取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品(通過TEM觀察含有大量碳納米管)置于球磨瓶中，球磨瓶為φ60*60的不銹鋼瓶，球?yàn)?5克、7.5克各5個，2克的12個，均為不銹鋼球，介質(zhì)為4克鐵粉。將粉體和鐵粉混合物和不銹鋼球置于球磨瓶中，在400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下球磨20分鐘，在設(shè)定的球磨內(nèi)時間碳管被打碎、同時部分碳管可轉(zhuǎn)化為洋蔥狀富勒烯，而初產(chǎn)品中已有的洋蔥狀富勒烯沒有明顯的損耗。將球磨后的混合粉體置于300ml體積比為1∶1∶6的H2SO4/HNO3/H2O溶液中浸漬24小時。過濾懸浮溶液，并用去離子水反復(fù)清洗，直至PH值呈中性為止，烘干備用。然后將烘干后的粉體置于電阻爐中，在空氣中加熱500℃保溫25分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
實(shí)施例12取1克洋蔥狀富勒烯初產(chǎn)品(通過TEM觀察含有大量碳納米管)置于球磨瓶中，球磨瓶為φ60*60的不銹鋼瓶，球?yàn)?5克、7.5克各5個，2克的12個，均為不銹鋼球，介質(zhì)為4克鐵粉。將粉體和氧化鎂粉體混合物和不銹鋼球置于球磨瓶中，在400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下球磨25分鐘，在設(shè)定的球磨內(nèi)時間碳管被打碎、同時部分碳管可轉(zhuǎn)化為洋蔥狀富勒烯，而初產(chǎn)品中已有的洋蔥狀富勒烯沒有明顯的損耗。將球磨后的混合粉體置于300ml體積比為1∶1∶6的H2SO4/HNO3/H2O溶液中浸漬24小時。過濾懸浮溶液，并用去離子水反復(fù)清洗，直至PH值呈中性為止，烘干備用。然后將烘干后的粉體置于電阻爐中，在空氣中加熱450℃保溫30分鐘，爐冷至室溫，即可得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
權(quán)利要求
1.一種洋蔥狀富勒烯提純工藝，該工藝是用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，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℃～550℃，保溫10～40分鐘，自然冷卻至室溫，得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
2.一種洋蔥狀富勒烯提純工藝，該工藝是用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℃～200℃的溫度內(nèi)加熱回流1.5～4小時，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。
3.一種洋蔥狀富勒烯提純工藝，該工藝是用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400℃～600℃，保溫15～50min，自然冷卻至室溫，得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
4.一種洋蔥狀富勒烯提純工藝，該工藝是用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℃～2000℃，保溫3～6小時，后冷卻至室溫；然后再在空氣狀態(tài)下加熱至450℃～600℃，保溫20～60分鐘，自然冷卻至室溫，得到的洋蔥狀富勒烯幾乎不含任何雜質(zhì)。
5.一種洋蔥狀富勒烯提純工藝，該工藝是用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，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℃～550℃，保溫15～30分鐘，爐冷至室溫，得到純凈的洋蔥狀富勒烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了關(guān)于洋蔥狀富勒烯提純工藝，酸液熱處理是對其研磨并置入溶液中攪拌過濾，去離子水沖洗烘干并加熱冷卻；重鉻酸鉀氧化是對其粉體進(jìn)行索氏萃取并過濾，去離子水清洗烘干后，將過濾物置入容器中加入重鉻酸鉀粉末的硫酸溶液中，加熱回流，再用去離子水清洗烘干；萃取熱處理是對其研磨并進(jìn)行索氏萃取烘干加熱冷卻；真空熱處理純化是將其置入真空爐中升溫冷卻，再加熱冷卻；球磨是將其球磨后置于溶液中浸漬過濾懸浮液，去離子水沖洗烘干后，將其加熱冷卻。本發(fā)明用低成本原料，簡單設(shè)備去除洋蔥狀富勒烯雜質(zhì)，工藝簡捷，操作方便，提純效果好，提純后的產(chǎn)品純度可達(dá)到70％以上，適用于多種方法制備的洋蔥狀富勒烯的提純，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號C01B31/02GK1565964SQ20041001227
公開日2005年1月19日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者許并社, 鮑慧強(qiáng), 韓培德, 賈虎生, 劉旭光, 衛(wèi)英慧, 王曉敏 申請人:太原理工大學(xué)