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煤基单壁碳纳米管的纯化及应用

董强

   到目前为止,煤作为原料制备单壁碳纳米管(SWCNTs)已成为现实,但所得的产物中混有大量的无定形炭、碳纳米颗粒、包覆金属催化剂颗粒的碳壳、富勒烯以及金属催化剂颗粒等杂质,这些杂质的存在极大程度上阻碍了其实际应用,因此对SWCNTs粗产品进行纯化是必须的。本文研究了采用超声处理-化学氧化相结合对以中国太西无烟煤为碳源、通过电弧放电法制备的煤基SWCNTs进行纯化,得到了纯度在90wt.%左右的SWCNTs,同时,超声处理在纯化过程中有着重要的作用:通过超声处理能使杂质从碳纳米管表面脱落,并且将尺寸较大的杂质颗粒打碎成较小的颗粒,使后续的化学氧化处理能够更好的发挥作用。 碳纳米管具有良好的力学性能、特殊的电学性质、良好的传热性能和较高的热导率,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料;同时轻气体在碳纳米管中的传递速率非常快,比在相同孔径的沸石或其他微孔材料中的速率快几个数量级,因此预计以碳纳米管的一维孔道作为膜孔的碳纳米管膜将具有非常高的气体通量。本文将碳纳米管引入到高分子前驱体(PAA)中,然后经炭化处理制备出碳纳米管/炭功能复合膜,结果表明SWCNTs的掺杂能有效改善膜的选择性,而MWCNTs的掺杂大幅度的提高了膜的渗透性能;同时我们还发现,碳纳米管的引入大幅度的提高了炭膜的导电性能,有望使炭膜在做电极材料、质子交换膜等领域的应用。 微纳米炭材料由于其尺度和形貌的多样性,使其具有独特的光、电、磁和机械等性能,在功能材料领域展示了广泛的应用前景,因此通过不同的物理化学变化来实现具有理想形态的微纳米炭材料制备是当前的研究热点。本文报道以中国太西无烟煤为碳源,FeS为催化剂,在0.045 MPa的H2和He(体积比为1:2)混合气氛下,采用直流电弧放电法制得了蘑菇状微米炭材料。……   
[关键词]:单壁碳纳米管;纯化;碳纳米管/炭复合膜;蘑菇状微米炭材料
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年