PL223812B1 - Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej - Google Patents
Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowejInfo
- Publication number
- PL223812B1 PL223812B1 PL395835A PL39583511A PL223812B1 PL 223812 B1 PL223812 B1 PL 223812B1 PL 395835 A PL395835 A PL 395835A PL 39583511 A PL39583511 A PL 39583511A PL 223812 B1 PL223812 B1 PL 223812B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- ionic liquid
- hydrophilic ionic
- rpm
- hydrophilic
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 claims abstract description 17
- HQWOEDCLDNFWEV-UHFFFAOYSA-M diethyl phosphate;1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound CC[N+]=1C=CN(C)C=1.CCOP([O-])(=O)OCC HQWOEDCLDNFWEV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 10
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 10
- DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M sodium;dodecane-1-sulfonate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCS([O-])(=O)=O DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 30
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 14
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 12
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 11
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 7
- BMRRFNRRIWOMAT-QHCPKHFHSA-N (4s)-4-hydroxy-5-[2-methyl-4-[3-[3-methyl-4-[4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-(trifluoromethyl)but-1-ynyl]phenyl]pentan-3-yl]phenoxy]pentanoic acid Chemical compound C=1C=C(C#CC(O)(C(F)(F)F)C(F)(F)F)C(C)=CC=1C(CC)(CC)C1=CC=C(OC[C@@H](O)CCC(O)=O)C(C)=C1 BMRRFNRRIWOMAT-QHCPKHFHSA-N 0.000 claims 1
- 239000011829 room temperature ionic liquid solvent Substances 0.000 abstract 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 18
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- XIYUIMLQTKODPS-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium;acetate Chemical compound CC([O-])=O.CC[N+]=1C=CN(C)C=1 XIYUIMLQTKODPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QVRCRKLLQYOIKY-UHFFFAOYSA-M 1-methyl-3-prop-2-enylimidazol-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].C[N+]=1C=CN(CC=C)C=1 QVRCRKLLQYOIKY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical group 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 3-(trimethylsilyl)propane-1-sulfonic acid Chemical compound C[Si](C)(C)CCCS(O)(=O)=O TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001424413 Lucia Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQISLWJEEFHKTB-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC.C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC.C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC.C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC.C(C)[N+]1=C(N(C(=C1)CC)C)CC XQISLWJEEFHKTB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- HJUFTIJOISQSKQ-UHFFFAOYSA-N fenoxycarb Chemical compound C1=CC(OCCNC(=O)OCC)=CC=C1OC1=CC=CC=C1 HJUFTIJOISQSKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910001412 inorganic anion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób dyspergowania nanorurek węglowych w niskotemperaturowej hydrofilowej cieczy jonowej, ewentualnie z wykorzystaniem anionowych surfaktantów.
Ciecze jonowe to substancje chemiczne składające się z dużego organicznego kationu i organicznego lub nieorganicznego anionu. Charakteryzują się niesymetryczną budową oraz niską temperaturą topnienia - zazwyczaj poniżej 100°C. Ciecze jonowe, których temperatura topnienia jest niższa niż temperatura pokojowa nazywane są niskotemperaturowymi cieczami jonowymi (RTlLs).
Poprzez odpowiednią modyfikację struktury kationu i anionu oraz zmianę różnych właściwoś ci (temperatura topnienia, gęstość, lepkość itp.) możliwe jest otrzymanie cieczy jonowych o konkretnych zastosowaniach.
Wyróżnia się hydrofobowe i hydrofilowe ciecze jonowe, a także takie, które częściowo mieszają się z wodą. Charakter danej cieczy jonowej zależy głównie od występującego w niej anionu. Typowe ciecze jonowe wykazują szeroki zakres temperatur występowania w stanie ciekłym, cechują się dobrą rozpuszczalnością związków organicznych i nieorganicznych, stabilnością termiczną, słabymi właściwości koordynacyjnymi jonów, wysoką temperaturą wrzenia i niepalnością. Ponadto zwilżają powierzchnię metali, polimerów i minerałów, przewodzą prąd. Wykazują lepkość dwukrotnie większą od lepkości tradycyjnych rozpuszczalników.
Nanorurki węglowe są jedną z alotropowych odmian węgla tworzącą cylindryczne struktury, Zbudowane są z heksagonalnej sieci atomów węgla tworzących krystaliczny grafit. Można je przedstawić, jako cylindrycznie zwinięte warstwy grafitu (grafenu). Wyróżniamy nanorurki jednościenne (SWCNT - single wall carbon nanotubes), zbudowane z pojedynczej, zwiniętej w cylinder płaszczyzny grafenowej i nanorurki wielościenne (MWCNT - multiwall carbon nanotubes), składające się z kolejnych warstw nanorurek o wspólnych osiach.
W zależności od sposobu zwinięcia płaszczyzny grafitowej wyróżnia się dwa typy nanorurek węglowych: chiralne (struktura skrętna) i niechiralne (struktura fotelowa i zygzakowa).
Nanorurki węglowe zostały odkryte w 1991 roku przez Sumoi Jima (A. Huczko, Nanorurki węglowe. Czarne diamenty XXI wieku, Bel Studio, 2004) i dzięki swym szczególnym właściwościom zostały nazwane „czarnymi diamentami XXI wieku”. Wykazują one bardzo dużą wytrzymałość mechaniczną. Spowodowane jest to występowaniem silnych wiązań sp pomiędzy atomami węgla. Cechują się niezwykłą wytrzymałością na rozciąganie i zrywanie. Własność tą zawdzięczają stosunkowo dużemu modułowi Younga. Ze względu na puste wnętrze posiadają bardzo małą gęstość. W zależności od struktury są przewodnikami lub półprzewodnikami prądu. Mają bardzo dużą przewodność cieplną.
Aby móc w pełni wykorzystać właściwości nanorurek węglowych w rozpuszczalnikach tj. cieczach jonowych, należy otrzymać zdyspergowany roztwór pojedynczych rurek bądź małych zwijek. Niestety nanorurki węglowe w wyniku oddziaływań van der Waalsa łączą się samorzutnie tworząc agregaty. Główną przyczyną takiego zachowania jest ich hydrofobowy charakter.
Zgodnie z naszą wiedzą nie odnotowano jeszcze wyznaczenia optymalnego sposobu dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowych cieczach jonowych z użyciem anionowych surfaktantów za pomocą łaźni ultradźwiękowej oraz wirówki.
Jak dotąd tylko kilka grup badawczych dyspergowało nanorurki węglowe w hydrofilowych cieczach jonowych. Jednak dyspersja była prowadzona bez użycia surfaktantów oraz zupełnie innymi metodami.
Z literatury wiadomym jest, że zdyspergowaną zawiesinę nanorurek węglowych w rozpuszczalnikach tj. ciecze jonowe można otrzymać wieloma sposobami. Do najczęściej stosowanych należą metody mechaniczne, takie jak ucieranie czy mielenie nanorurek węglowych lub mieszaniny nanorurek węglowych i cieczy jonowych przez określoną ilość czasu bez obecności środka powierzchniowo czynnego. W grupie Trevora Simmonsa („Preparation of synthetic wood composites using ionic liquids”, Wood Science and Technology, DOI 10.1007/s00226-010-0395-6, Coverage Volume 1/1967 - Volume 45/2011) przygotowano zawiesinę wielościennych nanorurek węglowych w hydrofitowej cieczy jonowej (EMIM Ac, octan 1-etylo-3-metyloimidazoliowy) poprzez ich ucieranie i mielenie w moździerzu przez 20 minut. Tak przygotowane nanorurki pozostawały zdyspergowane w cieczy jonowej ponad miesiąc. W pracy Sameera Rahatekara („Solution spinning of cellulose carbon nanotube composites using room temperature ionic liquids”, Polymer 50 (2009) 4577-4583) MWCNTs umieszczone w EMIM Ac również ucierano w moździerzu do uzyskania homogenicznej pasty. Inna grupa badawcza (Zhang, H.; Wang, Z. G.; „Regenerated-Cellulose/Multiwalled-Carbon-Nanotube Composite Fibers
PL 223 812 B1 with Enhanced Mechanical Properties Prepared with the lonic Liquid 1-Allyl-3-methylimidazolium Chloride”, Adv, Mater. 2007, 19 (5) 698-704), próbowała zdyspergować wielościenne nanorurki węglowe używając cieczy jonowej - chlorku 1-allilo-3-metyloimidazoliowego (AMIMCI), przy czym nanorurki węglowe były również ucierane w moździerzu z czystym AMIMCI, bez żadnych dodatków. Taka obróbka mechaniczna ma na celu polepszenie dyspersji nanorurek. Podczas mielenia bądź ścierania nanorurki ulegają częściowemu zniszczeniu polegającemu na skróceniu ich długości (łamaniu).
Inną metodą otrzymania zdyspergowanej zawiesiny nanorurek węglowych w hydrofilowych cieczach jonowych jest wykorzystanie ultradźwięków. Do dyspersji nanorurek w hydrofilowych cieczach jonowych z dodatkiem surfaktantu używa się sondy generującej ultradźwięki. Jun Wan i współpracownicy („A simple method for preparing biocompatible composite of cellulose and carbon nanotubes for the cell sensor”, Sensors and Actuators B 146 (2010) 221-225) sporządzili zawiesinę SWCNTs w cieczy jonowej używając homogenizatora, Sonikacja trwała 4 godziny, aż do uzyskania jednorodnej zawiesiny. Jednak użycie sondy wpływa również na hyd rofi lową ciecz jonową, często powodując jej rozkład. Metodą tą można otrzymać dobrze zdyspergowane nanorurki węglowe, jednakże użyta hydrofilowa ciecz jonowa ulega zniszczeniu. Podsumowując, w opisanej powyżej metodzie konieczność umieszczenia sondy ultradźwiękowej w cieczy powoduje wysoce niepożądany efekt niszczenia zarówno nanorurek, jak i samej cieczy jonowej.
Z kolei znany jest z opisu patentowego CN101469141 sposób tworzenia kompozytu drogą m odyfikacji powierzchni nanorurek węglowych, w celu poprawy ich kompatybilności z rozpuszczalnikami organicznymi. Sposób obejmuje szereg reakcji chemicznych, przykładowo z użyciem stężonego kwasu azotowego oraz stężonego kwasu siarkowego.
Dlatego też celem obecnego wynalazku jest zaproponowanie sposobu dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowych cieczach jonowych pozbawionego powyższej wady.
Zgodnie z wynalazkiem, sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej, obejmujący etap poddania mieszaniny nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej działaniu ultradźwięków, charakteryzuje się tym, że wspomniany etap przeprowadza się w łaźni ultradźwiękowej, przy czym wspomniana hydrofilowa ciecz jonowa zawiera dodatek anionowego surfaktantu, którym jest anionowy środek powierzchniowo czynny, korzystnie dodecylowy siarczan sodu, SDS lub 1-dodekanosulfonian sodu, DSS, zaś hydrofilową cieczą jonową jest 1-etylo-3-metyloimidazoliowy dietylowy fosforan, EMIMDEP, przy czym wspomniany etap poddania mieszaniny nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej działaniu ultradźwięków w łaźni ultradźwiękowej trwa od 2h do 14h, korzystnie od 3h do 8h, a najkorzystniej od 4h do 5h i przeprowadza się go w temperaturze od 25°C do 65°C, korzystnie od 45°C do 65°C, a najkorzystniej od 60°C do 65°C. Poddanie mieszaniny nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej działaniu ultradźwięków w łaźni ultradźwiękowej zapobiega niszczeniu nanorurek oraz samej cieczy jonowej.
Korzystnie, zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej otrzymaną w łaźni u ltradźwiękowej poddaje się odwirowaniu w wirówce przez okres od 2 min do 60 min, korzystniej od 2 min do 15 min, a najkorzystniej od 3 min do 5 min.
W takim przypadku korzystnie, gdy prędkość obrotów wirówki wynosi od 1000 obrotów/min do 9000 obrotów/min, korzystniej od 2000 obrotów/min do 4000 obrotów/min, a najkorzystniej od 2000 obrotów/min do 2500obrotów/min. Odwirowanie tak uzyskanej próbki w wyżej wskazanych warunkach umożliwia usunięcie niezdyspergowanych agregatów i obecnych w próbce zanieczyszczeń.
Korzystnie, we wspomnianej mieszaninie nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej stężenie nanorurek węglowych wynosi od 0,05% do 3% wagowych.
Korzystnie, wspomniane nanorurki węgłowe stanowią mieszaninę jednosciennych nanorurek węglowych, SWCNTs, i wielościennych nanorurek węglowych, MWCNTs,
Według wiedzy Twórców obecnego wynalazku, jest to pierwszy przykład takiego sposobu dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowych cieczach jonowych z dodatkiem środka powierzchniowo czynnego.
Poniżej opisano korzystne przykłady wykonania wynalazku z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:
fig. 1 przedstawia schemat wykonywanej procedury, mającej na celu uzyskanie zawiesiny zdyspergowanych nanorurek węglowych, fig. 2 przedstawia zawiesinę zdyspergowanych nanorurek węglowych po działaniu łaźni ultradźwiękowej, fig. 3 przedstawia zawiesinę zdyspergowanych nanorurek węglowych po działaniu wirówki,
PL 223 812 B1 fig. 4 przedstawia zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) z dodatkiem anionowego surfaktantu (SDSu) po odseparowaniu niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń, fig. 5 przedstawia zestawienie obrazów z mikroskopu optycznego pokazujące zawiesinę nanorurek w cieczy jonowej z SDS-em w różnym czasie przebywania próbki w łaźni ultradźwiękowej, fig. 6 przedstawia zestawienie obrazów z mikroskopu pokazujące zawiesinę nanorurek w cieczy jonowej z SDS-em przy różnych parametrach wirowania próbki.
Materiały
Nanorurki węglowe: próbka CNTs-1, zakupione w Shenzhen Nanotech Port Co. Ltd.; otrzymane metodą chemicznego osadzania par (CVD). Próbka zawierała ~ 60% jednościennych nanorurek węglowych (SWCNTs) oraz 35% wielościennych nanorurek węglowych (MWCNTs) o długości 2-15 pm, Pozostałe 5% to amorficzny węgiel i katalizator.
Nanorurki węglowe: próbka CNTs-2, zakupione w SkySpring Nanomaterials, Inc.; otrzymane metodą chemicznego osadzania par (CVD). Próbka zawierała ~ 90% jednościennych nanorurek węglowych (SWCNTs) oraz 5% wielościennych nanorurek węglowych (MWCNTs) o długości 5-20 pm. Pozostałe 5% to amorficzny węgiel i katalizator.
Hydrofilowa ciecz jonowa, 1-etylo-3-metyloimidazoliowy dietylowy fosforan; EMIM DEP (C10H2iN2O4P) o czystości > 98% zakupiona w Sigma-Aldrich (CAS Number 848641-69-0).
Anionowy surfaktant, dodecylosulfonian sodowy; SDS (C12H25SO4Na), zakupiony w Sigma-Aldrich o czystości 99%.
Aparatura
W przeprowadzonych badaniach używano następującej aparatury:
• do przygotowania zdyspergowanych zawiesin nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej EMIM DEP wykorzystano łaźnię ultradźwiękową o mocy 2x480 W i częstości 40 kHz Polsonic. Urządzenie to umożliwia zmianę temperatury w zakresie od 30°C do 80°C oraz kontrolę czasu;
• do osunięcia niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń wykorzystano wirówkę Universal 32 - firmy Hetiich Zentrifugen. Urządzenie to umożliwia zmianę prędkości obrotów wirowania w zakresie 500-9000 obr./min oraz zmianę czasu wirowania próbki w zakresie 1-99 min;
• do badania uzyskanych materiałów posłużono się mikroskopem optycznym NIKON ECLIPSE E 400, sterowanego przez komputer programem LUCIA G, który umożliwia kontrolę temperatury w zakresie 20°C - 60°C.
Przygotowanie próbek
Zawiesinę zdyspergowanych nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej uzyskano poprzez dodanie określonej ilości nanorurek węglowych, hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) oraz środka powierzchniowo czynnego (SDSu). Całość umieszczano początkowo w łaźni ultradźwiękowej, a następnie w wirówce. Schemat wykonywanej procedury z użyciem EMIM DEP oraz SDS jest pok azany na fig. 1.
Nanorurki węglowe (stężenie od 0,05% do 0,15% wag.) wraz z EMIM DEP oraz odpowiednią ilością SDS-u (poniżej cmc, stężenie od 0,1% do 0,5% wag.) umieszczano w łaźni ultradźwiękowej na około 4-5 godzin. Po tym czasie otrzymywano ciemną zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (fig. 2). Dyspergowanie prowadzono w temperaturze ~ 60°C w łaźni ultradźwiękowej. Temperatura nie ma wpływu na tworzenie agregatów, za to wpływa na ciecz jonową - wzrost temperatury powoduje, że EMIM DEP staje się cieczą mniej lepką, przez co ułatwia dyfuzję odrywanych ultradźwiękami CNTs.
Następnie mieszaninę umieszczano w wirówce na 5 minut przy prędkości 2000 obrotów/min, aby niezdyspergowane agregaty oraz obecne zanieczyszczenia w większości opadły na dno butelki (fig. 3). Po odseparowaniu niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń otrzymywano dobrze zdyspergowaną zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) z doda tkiem anionowego surfaktantu (SDSu) (fig. 4).
Nieoczekiwanie okazało się, że zarówno czas przebywania próbek w łaźni ultradźwiękowej jak i parametry wirowania wpływają na dyspersję nanorurek w cieczy jonowej. Dodatek surfaktantu pozwala uzyskać optymalną dyspersję nanorurek bez potrzeby ich mechanicznego ucierania.
Potwierdzenie korzystnego wpływu działania czasu i mocy ultradźwięków na zmniejszenie agregacji przedstawiono na fig. 5. Zestawiono zdjęcia otrzymane z mikroskopu optycznego przedstawiające porównanie stopnia zdyspergowania CNTs dla próbek przebywających w ultradźwiękach w temperaturze 60°C odpowiednio 2, 4, 8 i 12 godzin. Wynika z nich jednoznacznie, że korzystnie jest
PL 223 812 B1 umieszczać próbkę w łaźni ultradźwiękowej nie krócej niż 4 godziny i nie dłużej niż 5 godzin. Stwierdzono, że zbyt krótki czas działania łaźni ultradźwiękowej (2 godziny) nie powoduje zadowalającej separacji nanorurek węglowych. W roztworze, którego czas przebywania w łaźni wynosił 2 godziny, widoczna jest znaczna ilość agregatów o dość dużych rozmiarach sięgających nawet 60 pm. Optymalny czas przebywania próbki w łaźni ultradźwiękowej wynosił 4-5 godzin. Ponadto stwierdzono, że długie przebywanie próbki w ultradźwiękach (powyżej 10 godzin) powoduje ponowną agregację wcześniej zdyspergowanych nanorurek węglowych. Na zdjęciu widoczne są liczne agregaty, o znacznej wielkości.
Potwierdzenie uzyskania optymalnych parametrów wirowania przedstawiono na fig. 6. Zestawiono zdjęcia otrzymane z mikroskopu optycznego przedstawiające zawiesiny nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej z dodatkiem anionowego surfaktantu przebywające w wirówce w różnym czasie (od 5 do 50 minut) i z różną prędkością wirowania (od 2000 obr./min do 8000 obr./min). Stwierdzono, że zarówno czas jak i prędkość wirowania ma wpływ na stopień dyspersji nanorurek węglowych. Zaobserwowano, ze zwiększenie czasu i prędkości wirowania powoduje zmniejszenie ilości nanorurek węglowych w otrzymanych roztworach, W wyniku zwiększenia parametrów wirowania zarówno niezdyspergowane jak i zdyspergowane nanorurki węglowe w większości opadły na dno butelki, przez co rzeczywiste stężenie nanorurek węglowych w roztworze jest znacznie mniejsze. Wyznaczono optymalne parametry wirowania, które wynosiły 5min@200Q rpm.
Otrzymane zawiesiny
P r z y k ł a d 1
Uzyskanie zawiesiny zdyspergowanych nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej z dodatkiem anionowego surfaktantu. W tym eksperymencie roztwór hydrofilowej cieczy jonowej z CNTs o stężeniu 0,1% wag. poddany został działaniu łaźni ultradźwiękowej przez około 5 godzin w temperaturze 60°C. Otrzymujemy lekko przyciemnioną żółtą zdyspergowaną zawiesinę nanorurek, którą następnie umieszczamy w wirówce na 5 minut z szybkością obrotów 2000/min. W tym czasie czarny osad, zawierający większe agregaty nanorurek i zwijki (bundles) opada na dno butelki. Po odseparowaniu niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń otrzymujemy dobrze zdyspergowaną zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) z dodatkiem anionowego surfaktantu (SDSu). Otrzymaną zawiesinę zawierającą nanorurki węglowe poddano obserwacjom z użyciem polaryzacyjnego mikroskopu optycznego. Badania te przeprowadzono w celu sprawdzenia jak nanorurki węglowe są rozmieszczone w hydrofilowej cieczy jonowej. W tym celu niewielką próbkę kompozytu nanoszono na okrągłe szkiełko o średnicy 15 mm. Całość nakrywano drugim szkiełkiem o średnicy 12 mm. Dla zabezpieczenia próbek przed zmianą ich właściwości podczas obserwacji mikroskopowych, szkiełka zaklejano po obwodzie klejem epoksydowym („Poxipol”).
P r z y k ł a d 2
Uzyskanie zawiesiny zdyspergowanych nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej z dodatkiem anionowego surfaktantu. W tym eksperymencie roztwór hydrofilowej cieczy jonowej z CNTs o stężeniu 0,1% wag. poddany został działaniu łaźni ultradźwiękowej przez około 8 godzin w temperaturze 60°C. Otrzymujemy lekko przyciemnioną żółtą zdyspergowaną zawiesinę nanorurek, którą następnie umieszczamy w wirówce na 5 minut z szybkością obrotów 2000/min. W tym czasie czarny osad, zawierający większe agregaty nanorurek i zwijki (bundles) opada na dno butelki. Po odseparowaniu niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń otrzymujem y zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) z dodatkiem anionowego surfaktantu (SDSu). Otrzymaną zawiesinę zawierającą nanorurki węglowe poddano obserwacjom z użyciem polaryzacyjnego mikroskopu optycznego. Badania te przeprowadzono w celu sprawdzenia, jak nanorurki węglowe są rozmieszczone w hydrofilowej cieczy jonowej. W tym celu niewielką próbkę kompozytu nanoszono na okrągłe szkiełko o średnicy 15 mm. Całość nakrywano drugim szkiełkiem o średnicy 12 mm. Dla zabezpieczenia próbek przed zmianą ich właściwości podczas obserwacji mikroskopowych, szkiełka zaklejano po obwodzie klejem epoksydowym („Poxipol”).
Przykład 3
Uzyskanie zawiesiny zdyspergowanych nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej z dodatkiem anionowego surfaktantu. W tym eksperymencie roztwór hydrofilowej cieczy jonowej z CNTs o stężeniu 0,1% wag. poddany został działaniu łaźni ultradźwiękowej przez około 4 godzin w temperaturze 60°C. Otrzymujemy lekko przyciemnioną żółtą zdyspergowaną zawiesinę nanorurek, którą następnie umieszczamy w wirówce na 45 minut z szybkością obrotów 8000/min. W tym czasie
PL 223 812 B1 czarny osad, zawierający większe agregaty nanorurek i zwijki (bundles) opada na dno butelki. Po o dseparowaniu niezdyspergowanych agregatów oraz zanieczyszczeń otrzymujemy zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej (EMIM DEP) z dodatkiem anionowego surfaktantu (SDSu). Otrzymaną zawiesinę zawierającą nanorurki węglowe poddano obserwacjom z użyciem polaryzacyjnego mikroskopu optycznego. Badania te przeprowadzono w celu sprawdzenia, jak nanorurki węglowe są rozmieszczone w hydrofilowej cieczy jonowej. W tym celu niewielką próbkę kompozytu nanoszono na okrągłe szkiełko o średnicy 15 mm. Całość nakrywano drugim szkiełkiem o średnicy 12 mm. Dla zabezpieczenia próbek przed zmianą ich właściwości podczas obserwacji mikroskopowych, szkiełka zaklejano po obwodzie klejem epoksydowym („Poxipol”).
Claims (5)
1. Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej, obejmujący etap poddania mieszaniny nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej działaniu ultradźwięków, znamienny tym, że wspomniany etap przeprowadza się w łaźni ultradźwiękowej, przy czym wspomniana hydrofilowa ciecz jonowa zawiera dodatek anionowego surfaktantu, którym jest anionowy środek powierzchniowo czynny, korzystnie dodecylowy siarczan sodu, SDS lub 1-dodekano-sulfonian sodu, DS5, zaś hydrofilową cieczą jonową jest 1-etylo-3-metyloimidazoliowy dietylowy fosforan, EMIMDEP, przy czym wspomniany etap poddania mieszaniny nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej działaniu ultradźwięków w łaźni ultradźwiękowej trwa od 2h do 14h, korzystnie od 3h do 8h, a najkorzystniej od 4h do 5h i przeprowadza się go w temperaturze od 25°C do 65°C, korzystnie od 45°C do 65°C, a najkorzystniej od 60°C do 65°C.
2. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiesinę nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej otrzymaną w łaźni ultradźwiękowej poddaje się odwirowaniu w wirówce przez okres od 2 min do 60 min, korzystnie od 2 min do 15 min, a najkorzystniej od 3 min do 5 min.
3. Sposób według zastrz, 2, znamienny tym, że prędkość obrotów wirówki wynosi od 1000 obrotów/min do 9000 obrotów/min, korzystnie od 2000 obrotów/min do 4000 obrotów/min, a najkorzystniej od 2000 obrotów/min do 2500 obrotów/min.
4. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że we wspomnianej mieszaninie nanorurek węglowych i hydrofilowej cieczy jonowej stężenie nanorurek węglowych wynosi od 0,05% do 3% wagowych.
5. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń od 1 do 4, znamienny tym, że wspomniane nanorurki węglowe stanowią mieszaninę jednościennych nanorurek węglowych, SWCNTs, i wielościennych nanorurek węglowych, MWCNTs.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395835A PL223812B1 (pl) | 2011-08-02 | 2011-08-02 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej |
| GB1213539.8A GB2493445B (en) | 2011-08-02 | 2012-07-30 | Method for dispersing carbon nanotubes in a hydrophillic ionic liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395835A PL223812B1 (pl) | 2011-08-02 | 2011-08-02 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL395835A1 PL395835A1 (pl) | 2013-02-04 |
| PL223812B1 true PL223812B1 (pl) | 2016-11-30 |
Family
ID=46881380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL395835A PL223812B1 (pl) | 2011-08-02 | 2011-08-02 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w hydrofilowej cieczy jonowej |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| GB (1) | GB2493445B (pl) |
| PL (1) | PL223812B1 (pl) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721550C1 (ru) * | 2019-02-26 | 2020-05-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ изготовления формообразующего пуансона |
| CN121493953B (zh) * | 2025-10-21 | 2026-05-12 | 上海沪正实业有限公司 | 单壁碳纳米管浆料的制备方法、单壁碳纳米管浆料及其应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL217280B1 (pl) * | 2010-08-25 | 2014-07-31 | Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | Sposób otrzymywania celulozowego nanokompozytu z wbudowanymi nanorurkami węglowymi i celulozowy nanokompozyt z wbudowanymi nanorurkami węglowymi |
-
2011
- 2011-08-02 PL PL395835A patent/PL223812B1/pl unknown
-
2012
- 2012-07-30 GB GB1213539.8A patent/GB2493445B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL395835A1 (pl) | 2013-02-04 |
| GB2493445A (en) | 2013-02-06 |
| GB2493445B (en) | 2018-09-05 |
| GB201213539D0 (en) | 2012-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | Improving thermal conductivity and decreasing supercooling of paraffin phase change materials by n-octadecylamine-functionalized multi-walled carbon nanotubes | |
| Han et al. | Clay minerals affect the stability of surfactant-facilitated carbon nanotube suspensions | |
| Poulin et al. | Films and fibers of oriented single wall nanotubes | |
| KR100627184B1 (ko) | 탄소 나노 튜브 및 이온성 액체로 이루어진 겔형 조성물,및 그 제조 방법 | |
| Gubitosi et al. | Characterization of carbon nanotube dispersions in solutions of bile salts and derivatives containing aromatic substituents | |
| Zaine et al. | Study on dispersion and characterization of functionalized MWCNTs prepared by wet oxidation | |
| WO2017063062A1 (pt) | Processo de obtenção de dispersões aquosas estaveis de grafeno, grafite e carbono amorfo | |
| Shi et al. | Adsorption of atrazine by natural organic matter and surfactant dispersed carbon nanotubes | |
| Ryu et al. | Boost up the mechanical and electrical property of CNT fibers by governing lyotropic liquid crystalline mesophases with aramid polymers for robust lightweight wiring applications | |
| CN104261450B (zh) | 一种粒径可控的非晶碳酸钙纳米颗粒的合成方法 | |
| Pierini et al. | Comparison between inorganic geomimetic chrysotile and multiwalled carbon nanotubes in the preparation of one-dimensional conducting polymer nanocomposites | |
| KR101300606B1 (ko) | 기계적 특성 및 물성이 우수한 탄소나노튜브/폴리올레핀 복합재료의 제조방법 | |
| AU2017358399A1 (en) | Processes for controlling structure and/or properties of carbon and boron nanomaterials | |
| Seo et al. | Mild acid-based surfactant-free solutions of single-walled carbon nanotubes: Highly viscous, less toxic, and humidity-insensitive solutions | |
| Ding et al. | Efficient exfoliation of layered materials by waste liquor | |
| Shiekh et al. | Designing pectin and hyperbranched polyethylene imine based hydrogel for the removal and adsorption of ionic dyes | |
| Li et al. | When cellulose nanocrystals meet graphene oxide: Structurally enhanced aerogels for efficient solar steam generation and water purification | |
| Pimsawat et al. | Super activated carbon-silica composite from silkworm excrement by microwave-assisted KOH activation for adsorption and supercapacitor | |
| Li et al. | Dual-functional photothermal-responsive PVDF-HFP/CDs@ BN fibrous membranes for highly efficient water-in-oil emulsion separation and high-viscosity oil removal | |
| Ma et al. | In situ fabrication of SWCNT@ ZIS nanocomposites for enhanced visible light driven photocatalytic hydrogen evolution | |
| PL217280B1 (pl) | Sposób otrzymywania celulozowego nanokompozytu z wbudowanymi nanorurkami węglowymi i celulozowy nanokompozyt z wbudowanymi nanorurkami węglowymi | |
| Hamisu et al. | Electrospun carbon nanodot-doped PVDF nanofibers with enhanced crystallinity, hydrophobicity and UV resistance | |
| CN105645385B (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
| Li et al. | Discrete dispersion of single-walled carbon nanotubes | |
| GB2493445A (en) | Method for dispersing carbon nanotubes in an ionic liquid |