Модифицирование поверхности многостенных углеродных нанотрубок для придания технологических свойств

Аннотация

Исследованы процессы модифицирования поверхности многостенных углеродных нанотрубок различными полярными группами: карбоксильными, спиртовыми гидроксиль-ными, четвертичной аммониевой солью. С применением окислительной смеси пероксида водорода, азотной и серной кислоты разработана методика карбоксилирования углерод-ных нанотрубок при температуре 70 °С, что позволило минимизировать образование аморфного углерода и повысить содержание карбоксильных групп до 5,5 мас. % на поверхности. На базе карбоксилированных углеродных нанотрубок по реакции с три-этаноламином получены трубки с поверхностью, модифицированной четвертичной аммо-ниевой солью. С участием свободно-радикального инициатора в среде этилового спирта проведено модифицирование углеродных нанотрубок этилгидроксильными группами. По-казано, что количество дефектов, на которых происходит образование химической связи в процессе функционализации, и их природа определяются первоначальными дефектами нанотрубок и не зависит от способов обработки наноуглеродного материала. Проведено исследование термоокислительной стабильности исходных и модифицированных угле-родных нанотрубок на воздухе. Наиболее устойчивыми являются исходные нанотрубки, которые стабильны при нагревании на воздухе до 520 °С. Для модифицированных нанот-рубок наблюдается снижение термоустойчивости в ряду: многостенные нанотубки с кар-боксильными группами на поверхности, со спиртовыми гидроксильными, модифициро-ванные четвертичной аммониевой солью, у которых окисление начинается при 400 °С. Прививка на поверхности многостенных углеродных нанотрубок спиртовых гидроксиль-ных групп представляет значительный интерес для получения сорбционного материала с развитой поверхностью, способного за счет гидроксильных групп ковалентно связывать ионы металлов аналогично комплексообразователям типа этиленгликоля или пирокатехина. Модифицированные полярными группами углеродные наноматериалы проявляют хорошие сорбционные свойства по отношению к ионам тяжелых металлов. Степень извлечения ионов цинка и меди в случае карбоксилированных нанотрубок достигает 98 %.