火焰法制备螺旋碳纳米纤维及其亲水改性

目的利用乙醇火焰法制备螺旋碳纳米纤维,并考查不同表面改性方法对螺旋碳纳米纤维亲水性的影响。方法首先研究不同烧制时间、镍片-火焰距离、SnCl4溶液浓度对制备螺旋碳纳米纤维的影响,然后用水蒸气、聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)溶液以及氢氧化钠-浓硝酸溶液改性螺旋碳纳米纤维。通过扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪对所制备的螺旋碳纳米纤维进行表征,利用红外光谱分析、X射线光电子能谱分析和沉降实验评价不同改性方法的改性效果。结果随着镍片-火焰距离的增加,螺旋碳纳米纤维含量增加,均匀度逐渐下降;随着烧制时间的延长,螺旋碳纳米纤维的均匀度先增加后降低;SnCl4的浓度会影响碳纳米纤维的形貌和均匀度。制备均匀的螺旋碳纳米纤维的最佳条件为:73%SnCl4溶液,镍片-火焰距离1.5 cm,烧制9 min。通过红外光谱分析发现,三种改性方法都使螺旋碳纳米纤维表面接上亲水基团。沉降实验表明,PVP溶液和氢氧化钠-浓硝酸改性的螺旋碳纳米纤维在水溶液中静置48 h后的沉降率均为26.7%,而未改性的螺旋碳纳米纤维的沉降率为58.3%。结论通过乙醇火焰法可以制备出均匀的螺旋碳纳米纤维,其中烧制时间、镍片-火焰距离、SnCl4溶液浓度对制备的螺旋碳纳米纤维的形貌和均匀度影响很大,需要在特定的条件下才能制备出均匀的螺旋碳纳米纤维。通过三种方法对螺旋碳纳米纤维进行改性,发现PVP溶液和氢氧化钠-浓硝酸改性的螺旋碳纳米纤维的表面亲水性更好,其中PVP溶液改性操作简单,且对螺旋碳纳米纤维的形貌没有破坏,对于螺旋碳纳米纤维改性会更有利。