Разработка процесса функционализации углеродных нанотрубок в парах азотной кислоты и перекиси водорода

• Автор: Горский, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.08, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие сведения об углеродных нанотрубках

1.1.1 Морфология углеродных нанотрубок

1.1.2. Свойства и применение углеродных нанотрубок

1.2 Сведения о процессах функционализации углеродных нанотрубок

1.2.1 Виды функционализации

1.2.2 Окисление углеродных нанотрубок

1.3 Способы характеризации функционализированных

углеродных нанотрубок

1.3.1 Качественное и количественное определение функциональных
групп
1.3.2. Исследование структуры поверхности углеродных нанотрубок
1.4 Выводы по обзору литературы
ГЛАВА 2. ЗАДАЧИ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Постановка задач исследования
2.2 Характеристика углеродных нанотрубок
2.3 Реагенты, использованные в работе
2.4 Методика очистки углеродных нанотрубок от примесей металло-ксидных катализаторов
2.5 Методики функционализации углеродных нанотрубок
2.5.1 Описание лабораторного реактора
2.5.2 Методика функционализации углеродных нанотрубок
в парах перекиси водорода
2.5.3 Методика функционализации углеродных нанотрубок
в парах азотной кислоты
2.5.4 Методика жидкофазной функционализации углеродных нанотрубок
в азотной кислоте

2.6 Методы диагностики функционализированных нанотрубок
2.6.1 ИК-спектроскопия
2.6.2 Регистрация спектров комбинационного рассеяния
2.6.3 РФЭС - анализ
2.6.4 Титриметрическое определение поверхностных карбоксильных групп
2.6.5 Электронная микроскопия
2.6.6 Энергодисперсионный анализ
2.6.7 Термогравиметрические исследования
2.6.8 Анализ дисперсного состава и дзета-потенциалов частиц водных суспензий углеродных нанотрубок
2.6.9 Методика хроматографического анализа газообразных продуктов взаимодействия углеродных нанотрубок с парами азотной кислоты
2.6.10 Статистическая обработка экспериментальных результатов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В ПАРАХ ПЕРЕКИСИ
ВОДОРОДА
3.1 Изменение ИК-спектров углеродных нанотрубок при окислении в парах перекиси водорода
3.2. Характеристика спектров КР углеродных нанотрубок, окисленных
в парах перекиси водорода
3.3. Количественная оценка функциональных групп
3.4 Термогравиметрические исследования окисленных образцов
3.5 Анализ дисперсного состава водных суспензий углеродных нанотрубок, функционализированных в парах перекиси водорода
3.6 Исследование морфологии углеродных нанотрубок, окисленных
в парах перекиси водорода, и полимерных композитов на их основе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В ПАРАХ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ..

4.1 Идентификация функциональных групп после окисления углеродных нанотрубок в парах азотной кислоты
4.2 Влияние температуры обработки в парах азотной кислоты на степень функционализации углеродных нанотрубок
4.3 Влияние продолжительности обработки в парах азотной кислоты
на степень функционализации углеродных нанотрубок
4.4. Газофазное окисление углеродных нанотрубок смесью паров азотной кислоты и перекиси водорода
4.5 Влияние объемной скорости подачи паров азотной кислоты на степень функционализации углеродных нанотрубок СООН-группами
4.6 Влияние обработки в парах азотной кислоты на морфологию и степень дефектности поверхности углеродных нанотрубок
4.7 Анализ газообразных продуктов реакции окисления углеродных нанотрубок в парах азотной кислоты
4.8. Исследование свойств углеродных нанотрубок, окисленных в парах азотной кислоты
4.8.1. Термогравиметрические исследования окисленных образцов
4.8.2. Анализ дисперсного состава водных суспензий на основе функционализированных в парах азотной кислоты углеродных нанотрубок
4.8.3 Изучение влияния продолжительности обработки углеродных нанотрубок в парах азотной кислоты на электрокинетический потенциал частиц водных суспензий на их основе
4.8.4 Эффективность применения углеродных нанотрубок, окисленных
в парах азотной кислоты в составе композитов с полианилином
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ НАСЫПНОГО СЛОЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ПРИ ГАЗОФАЗНОЙ ОКИСЛИТЕ ЛЬНОЙФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ

При идентификации функциональных групп на поверхности углеродных наноматериалов учитывают, что пики вблизи 30, 80 и 127 ppm обусловлены атомами углерода в состоянии sp3- [151], sp- и sp2- гибридизации [152 - 155] соответственно. Пики около 175 ppm объясняются алкокси- или гидроксил-замещением атома углерода, около 40 ppm - присутствием -СН и -СН2-групп, а сигнал при 39 ppm - наличием присоединенных метиленовых групп [156]. Олефиновые атомы углерода дают широкий сигнал в области от 120 до 140 ppm [157].
Термические методы анализа включают термогравиметрический анализ (ТГА) и термопрогаммируемую десорбцию (ТПД).
При выполнении термогравиметрического анализа получают кривые зависимости массы образца материала от температуры нагрева. Нагрев может осуществляться в окислительной (воздух или смесь инертного газа с кислородом) или инертной (аргон, гелий) среде.
Поскольку сами углеродные нанотрубки более термостабильны, чем адсорбированные на них молекулы, аморфный углерод или присоединенные функциональные группы, то по температурным интервалам и наблюдаемым в них потерям массы можно оценить степень чистоты и дефектности УНТ, наличие в них примесей аморфного углерода и металлоксидных катализаторов, а также природу и количество функциональных групп [158].
При термопрограммируемой десорбции образец нагревают под вакуумом. Летучие продукты распада отщепившихся функциональных групп анализируются масс-спектрометрически.
Таким образом, ТГА основан на анализе изменения массы, а ТПД - на анализе интенсивности выделения летучих продуктов разложения. Точность и воспроизводимость этих методов зависят от массы анализируемого образца. И она должна быть достаточно большой (> 10 мг). Часто данные ТГА и ТПД бывает трудно интерпретировать из-за непосредственной близости пиков, ответственных за выделение тех или иных продуктов термического разложения функционализирован-