Page 66 - 《精细化工》2022年第2期
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·270·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                 碳纳米管（CNTs）凭借独特的结构，优异的热                        1   实验部分
            学、电磁学和机械性能以及良好的表面效应                     [1-3] ，在
                                                        [4]
            化学、生物、医学、材料和能源等领域备受青睐 。                            1.1   试剂与仪器
                                                     2
            CNTs 碳六元环结构使得表面碳原子间通过 sp 杂化                            多壁碳纳米管（MWCNTs，质量分数>95%），
                                                               化学纯，阿拉丁（上海）试剂有限公司；十六烷基
            轨道产生大量高度离域化的 π 电子，相邻 CNTs 在
                                                               三甲基溴化铵（CTAB，质量分数 99.0%），化学纯，
                                  [1]
            π-π 堆积作用下相互吸引 。同时 CNTs 比表面积大，
                                                               上海青浦化工科技有限公司；十二烷基硫酸钠
            颗粒之间受到较强的范德华力易聚合成团从而降低                             （SDS）、辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），分析纯，国
                   [5]
            表面能 ，加之其高长径比与疏水性，CNTs 在水中
                                                               药集团化学试剂有限公司；壬基酚醚璜基琥珀酸单
            极易缠绕团聚，实现 CNTs 有效分散成为当前亟待                          酯二钠盐（HT A-103，质量分数 25%），化学纯，南
                           [6]
            解决的关键问题 。
                                                               通市晗泰化工有限公司；本实验 MWCNTs 分散体系
                 对 CNTs 表面进行化学修饰可以有效提高其分
                                                               均使用去离子水作为分散介质。
                [7]
            散性 。共价修饰利用强氧化剂在 CNTs 表面引入羟
                                                                   FA2204B 型电子天平，上海衡平仪器仪表厂；
            基、羧基等活性基团，改善 CNTs 润湿性，降低管                          JB-2 型恒温磁力搅拌器，常州奥华仪器有限公司；
            间范德华力，但容易改变 CNTs 独特的电子结构和                          FD-1A-50 型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限
            优异属性     [8-9] 。非共价修饰将表面活性剂、聚合物、                   公司；UV7 型紫外-可见分光光度计，美国 Mettler-
            生物大分子等分散剂包裹在 CNTs 表面，保证自身                          Toledo 公司；ZJS-2000 型数控超声波发生器，杭州
            优异性质的同时起到稳定分散的作用                  [10-11] 。表面活     成功超声设备有限公司；NanoBrook Zeta Plus 型 Zeta
            性剂凭借与 CNTs 优异的吸附性能              [12-13] 、良好的两      电位分析仪，美国 Brookhaven 公司；Nova NanoSem
            亲性和界面性质逐渐成为重要的 CNTs 分散剂                  [14-16] 。  450 型扫描电子显微镜，美国 FEI 公司；KH19A 型
            DUAN 等   [17] 研究表明，SDS 分子可以在超声作用下                  台式高速离心机，湖南凯达科学仪器有限公司。
            大量进入并穿透 CNTs 集束中的间隙促使 CNTs 解                       1.2   表面活性剂-MWCNTs 分散体系的制备
            离，并揭示了 SDS 在 CNTs 表面 4 种吸附过程下的                         表面活性剂溶液在临界胶束浓度（CMC）附近
            聚集形态；肖齐等         [18] 研究表明，CTAB 在 CNTs 表           物化性质会发生突变，高于 CMC 后，溶液内开始
            面呈现“双平台”式吸附，吸附饱和时达到最高静电                            产生大量胶束并且表面张力不再降低，研究表明，
            斥力及空间位阻从而实现最佳分散效果；BAI 等                     [19]   表面活性剂浓度位于临界胶束浓度附近时 MWCNTs
            研究提出，曲拉通 X-100 的长疏水尾链可提供更大                         能实现较好地分散        [20] 。查阅资料得到本实验所用表
            的空间位阻，分散效果优于 SDS 与 CTAB。目前，                        面活性剂的临界胶束浓度并换算为质量分数，分别
            国内外文献对于表面活性剂在 CNTs 表面的微观吸                          为 SDS：0.23%，CTAB：0.033%，OP-10：0.05%，
            附状态及机理描述较少，特别是从分子结构、微观                             HT A-103：0.02%。各组配方中设置 MWCNTs 质量分
                                                               数均为 0.1%，表面活性剂的质量分数设置见表 1。
            力学机制、分散原理出发研究不同种类表面活性剂

            对 MWCNTs 分散性能的作用效果与影响规律等较                                     表 1   表面活性剂的质量分数
            为缺乏。                                                       Table 1    Mass fraction of surfactants
                 基于此，本文选取 CTAB（阳离子型）、SDS（阴                     表面活性剂                  质量分数/%
                                                                SDS      0.01  0.05  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5
            离子型）、HT A-103（双子型）及 OP-10（非离子型）
                                                                CTAB     0.01  0.02  0.03  0.04  0.05  0.06  0.08
            为分散剂，去离子水为分散介质，分别与多壁碳纳
                                                                OP-10    0.01  0.02  0.03  0.05  0.06  0.08  0.1
            米管（MWCNTs）复配制备出四类表面活性剂-                             HT A-103  0.005  0.01  0.02   0.03   0.05   0.08  0.1
            MWCNTs 体系。利用紫外-可见吸收光谱、Zeta 电
                                                                   称取一定量表面活性剂分别加入 200 mL 去离
            位和扫描电镜进行表征，优选出分散性能最佳的
                                                               子水中，用恒温磁力搅拌器以 200 r/min 搅拌 3 min
            MWCNTs 体系及达到分散极限时的表面活性剂浓
                                                               至充分溶解；向配制好的表面活性剂溶液中加入 0.2 g
            度。同时，从表面活性剂分子结构出发，通过分子
                                                               MWCNTs，用超声波发生器在 20 kHz 下超声 240 min，
            间微观力学机制分析与实验表征相结合，研究表面                             得到稳定分散的表面活性剂-MWCNTs 悬浊液，在
            活性剂在 MWCNTs 表面的吸附方式和分散机理。为                         室温下静置 24 h 后进行表征。
            系统评价研究不同种类表面活性剂对 MWCNTs 的                          1.3   分散性能测定
            分散性能及作用机理提供理论依据，为构筑性能稳                             1.3.1   紫外-可见吸收光谱测定
            定 MWCNTs 分散体系提供新思路、新方法。                                紫外-可见吸收光谱法是一种重要的 CNTs 分散
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