專利名稱：一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗紫外/電磁波吸收材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鈰/氧化鐵/碳納米管抗紫外/電磁波屏蔽劑的制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，隨著環(huán)境污染導(dǎo)致大氣中的CO2含量增加，臭氧層不斷遭到破壞，到達(dá)地面的紫外線輻射量日益增加，皮膚的曬黑、曬傷、及其皮膚癌的發(fā)病率增高，人們?cè)絹碓綇?qiáng)烈的意識(shí)到紫外線對(duì)人體的傷害，因此，為了保護(hù)人體避免過量紫外線輻射，人們必需大力研究紫外輻射防護(hù)問題，除使用防曬霜外，還必須利用合適的紡織品。另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谙硎芨鞣N電子、電器設(shè)備帶來的便利生活的同時(shí)，也飽受電器設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射干擾問題的困擾，不僅影響通訊、生活，甚至直接威脅到人類的生存、健康。目前，抗紫外線的途徑主要有兩種一種是增加紡織品對(duì)紫外線的反射率，將紫外線屏蔽劑與紡織品復(fù)合。另一種是增加紡織品對(duì)紫外線的吸收率，紫外線吸收劑與紡織品復(fù)合。而在電磁屏蔽的紡織品領(lǐng)域中，大多以不銹鋼纖維或碳、石墨纖維等具有較高電導(dǎo)率的材料與紡織纖維混紡或交織制成，或使用金屬化纖維，在纖維或織物上進(jìn)行金屬電鍍或化學(xué)鍍，提高電導(dǎo)率。然而同時(shí)滿足抗紫外/抗電磁輻射雙功能的織物卻很少，針對(duì)我國(guó)抗紫外、電磁波屏蔽和吸波功能紡織品開發(fā)生產(chǎn)過程中急需解決的技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)和組裝具有強(qiáng)抗紫外、寬頻吸波功能的金屬化合物復(fù)合材料，并通過紡絲成形和涂層整理等加工手段開發(fā)出多種強(qiáng)抗紫外和吸波功能織物已刻不容緩?，F(xiàn)有技術(shù)中缺少同時(shí)滿足抗紫外/抗電磁輻射雙功能的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中缺少同時(shí)滿足抗紫外/抗電磁輻射雙功能的材料不足，提供一種抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料，該材料為CNT/Ce02/Fe203復(fù)合材料。制備上述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的方法,步驟如下(I)將可溶性鈰鹽、亞鐵鹽分別溶于去離子水中，形成鈰鹽溶液和亞鐵鹽溶液；(2)將鈰鹽溶液與酸化的碳納米管混合，室溫下超聲lh，混合均勻；在攪拌下加堿液調(diào)節(jié)PH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在450°C下煅燒15min，制得復(fù)合物CNT/Ce02 ；(3)將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲Ih，混合均勻；在攪拌下加堿液調(diào)節(jié)PH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在450°C下煅燒15min，即制得抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料CNT/Ce02/Fe203。上述步驟中碳納米管、硝酸鈰、硫酸亞鐵的用量質(zhì)量比為I :1飛1飛。步驟(I)中所述的鈰鹽溶液和亞鐵鹽溶液濃度分別為0.01-0. lmol/L和O. 02-2mol/L ;步驟(I)所述的可溶性鈰鹽為Ce(NO3)3XeCl2 ;步驟(I)所述的可溶性亞鐵鹽為 FeSO4 · 7H20、FeCl2 或 Fe (NO3) 2。步驟(2)、步驟(3)中所述的堿液為O. 0Γ0. lmol/L的NaOH溶液或氨水溶液。上述三者復(fù)合過程發(fā)生的反應(yīng)為 Ce (NO3) 3+NaOH+CNTs—~- NaCl+Ce (OH) 3/CNTs ；Ce (OH) 3/CNTs—~- Ce203/CNTs+H20 ；Ce203/CNTs+02—~- Ce02/CNTs ；FeS04+Na0H+CNTs/Ce02+02—~- NaCl+Fe (OH) 3/Ce02/CNTs ；Fe (OH) 3/Ce02/CNTs—~- Fe203/Ce02/CNTs+H20 ；上述抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的應(yīng)用為將制得的CNT/Ce02/Fe203和表面活性劑分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，兩浸兩軋，獲得高效抗紫外/抗電磁輻射織物。作為優(yōu)選，上述應(yīng)用中CNT/Ce02/Fe203與表面活性劑的質(zhì)量比為I: f 5。上述應(yīng)用中表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨。本發(fā)明首次將氧化鐵、氧化鈰與碳管進(jìn)行三元復(fù)合，獲得高效抗紫外/電磁屏蔽雙功能復(fù)合納米材料，此三元復(fù)合物間存在相互協(xié)同作用使其抗紫外/電磁屏蔽性能均高于Ce02/CNT 二元復(fù)合物與Fe203/CNT 二元復(fù)合物簡(jiǎn)單疊加的性能。該制備方法簡(jiǎn)單，成本低，工藝簡(jiǎn)單，該制備方法可制得具有強(qiáng)抗紫外/電磁屏蔽功能的金屬化合物復(fù)合材料。


圖I為本發(fā)明反應(yīng)機(jī)理圖；圖2為實(shí)施例I制備的碳管負(fù)載Fe203/Ce02的拉曼圖；圖3為實(shí)施例2制備的碳管負(fù)載Fe203/Ce02扎染棉布(C)、Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合扎染棉布(b)和純棉布(a)的紫外吸收曲線；圖4為實(shí)施例4制備的碳管負(fù)載Fe203/Ce02的TEM圖；圖5為實(shí)施例5制備的碳管負(fù)載Fe203/Ce02扎染白布(c)、Ce02/CNT ;與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合扎染白布(b)和純白布(a)的屏蔽效能曲線。
具體實(shí)施例方式如圖I為本發(fā)明的原理示意圖碳納米管在混酸酸化后，長(zhǎng)鏈碳管的端口被打開，鈰離子進(jìn)入碳管內(nèi)部，同時(shí)表面生成的羥基、羧基、羰基等穩(wěn)定官能團(tuán)，增加了其在水相中的溶解度，有利于硝酸鈰溶液的充分混合，隨后，MWNT/Ce02與硫酸亞鐵溶液混合，進(jìn)一步煅燒獲得 CNT/Ce02/Fe203。下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明；應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例I將IOg碳納米管置入95%_98%濃硫酸和68%濃硝酸的混合溶液(濃硫酸濃硝酸體積比為3:1) 200ml中，常溫下攪拌20天。稱取0.4342g Ce (NO3) 3 · 6H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 01mol/L的〇6(吣3)3溶液。稱取0.59668 FeSO4 · 7H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 02mol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預(yù)處理的碳納米管O. 3262g混合，室溫下超聲I小時(shí)；在磁力攪拌條件下加O. 01mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ；反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘干后在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混
合均勻；在磁力攪拌條件下加O. 05mol/LNa0H溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在馬弗爐中450°C煅燒15min，即制得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述制備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1:1:1。實(shí)施例2將IOg碳納米管置入95%_98%濃硫酸和68%濃硝酸的混合溶液(濃硫酸濃硝酸體積比為3:1) 200ml中，常溫下攪拌20天。稱取2. 1713g CeCl2，溶于水中，攪拌溶解均勻，形成O. 05mol/L的CeCl2溶液。稱取2.9830g FeCl2，溶于水中，攪拌溶解均勻，形成O. lmol/L的FeCl2溶液。將Ce (NO3)3溶液與預(yù)處理的碳納米管0. 8156g混合,室溫下超聲I小時(shí)；在磁力攪拌條件下加0. 05mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘干后在馬弗爐中450°C煅燒15min ；將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲Ih，混合均勻；在磁力攪拌條件下加
0.05mol/LNa0H溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在馬弗爐中450°C煅燒15min，即制得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述制備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1:2:2。實(shí)施例3將IOg碳納米管置入95%_98%濃硫酸和68%濃硝酸的混合溶液(濃硫酸濃硝酸體積比為3:1) 200ml中，常溫下攪拌20天。稱取4. 3422g Ce (NO3) 3 · 6H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成0. lmol/L的Ce (NO3) 3溶液。稱取5. 966g Fe (NO3) 2，溶于水中，攪拌溶解均勻，形成O. 2mol/L的Fe (NO3) 2溶液。將Ce (NO3)3溶液與預(yù)處理的碳納米管1.0874g混合，室溫下超聲I小時(shí)；在磁力攪拌條件下加0. lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h;烘干后在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混合均勻；在磁力攪拌條件下加0. 05mol/LNa0H溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在馬弗爐中450°C煅燒15min，即制得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述制備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1:3:3。實(shí)施例4將IOg碳納米管置入95%_98%濃硫酸和68%濃硝酸的混合溶液(濃硫酸濃硝酸體積比為3:1) 200ml中，常溫下攪拌20天。稱取21.7125g Ce (NO3) 3 · 6H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 5mol/L的〇6(吣3)3溶液。稱取29.83028 FeSO4 · 7H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成I. Omol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預(yù)處理的碳納米管4. 0777g混合，室溫下超聲I小時(shí)；在磁力攪拌條件下加O. 05mol/L的氨水溶液調(diào)節(jié)pH至10,室溫下繼續(xù)攪拌24h,陳化IOh ；反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘干后在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混 合均勻；在磁力攪拌條件下加O. 05mol/LNa0H溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在馬弗爐中450°C煅燒15min，即制得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述制備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1:4:4。實(shí)施例5將IOg碳納米管置入95%_98%濃硫酸和68%濃硝酸的混合溶液(濃硫酸濃硝酸體積比為3:1) 200ml中，常溫下攪拌20天。稱取43.4220g Ce (NO3) 3 · 6H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成I. Omol/L的〇6(吣3)3溶液。稱取59.660(^ FeSO4 · 7H20，溶于IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成2. Omol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預(yù)處理的碳納米管6. 5244g混合，室溫下超聲I小時(shí)；在磁力攪拌條件下加O. lmol/L的氨水溶液調(diào)節(jié)pH至10,室溫下繼續(xù)攪拌24h,陳化IOh ；反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘干后在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混合均勻；在磁力攪拌條件下加O. 05mol/LNa0H溶液調(diào)節(jié)pH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在馬弗爐中450°C煅燒15min，即制得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述制備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1:5:5。性能測(cè)試I、將實(shí)施例I制備的樣品進(jìn)行拉曼測(cè)試，如圖2，可以看到1338. OScnT1的D譜峰和1567. 86CHT1處的G譜峰ID/Ie為1.06。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，未處理過的碳管的ID/Ie基本為1，酸處理后為大于1，而本圖的值為I. 12，基本符合，也證明了酸處理的效果。圖中265. 93cm-1為 Fe-O 振動(dòng)，273. 59cm_1 為 Fe-O 振動(dòng)，447. 85cm_1 為 Ce-O 的振動(dòng)。2、將實(shí)施例2制備的樣品和十二烷基苯磺酸鈉(CNT/Ce02/Fe203與十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量比為1:2)分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，將棉布兩浸兩軋，獲得高效抗紫外/抗電磁輻射織物c ;將各組分質(zhì)量與上述CNT/Ce02/Fe203各組分質(zhì)量相同的Ce02/CNT與Fe203/CNT和十二烷基苯磺酸鈉分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，將棉布兩浸兩軋，獲得織物b ;將b以及未經(jīng)處理的棉布作為對(duì)比。將C、b以及未負(fù)載任何材料的棉布樣品置于紫外分光光度計(jì),進(jìn)行紫外測(cè)試,樣品的紫外吸收結(jié)果如圖3所示，a為棉布的紫外吸收曲線，b為Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合后浸釓所得棉布的紫外吸收曲線，c為碳納米管負(fù)載Fe203/Ce02后浸釓所得棉布的紫外吸收曲線，從圖中可知，純棉布幾乎沒有紫外吸收，當(dāng)碳管負(fù)載Fe203/Ce02后，紫外吸收效果較好，明顯優(yōu)于Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合。說明本發(fā)明Fe203/Ce02/CNT三者間存在協(xié)同作用，比Ce02/CNT 二元復(fù)合物與Fe203/CNT 二元復(fù)合物簡(jiǎn)單疊加具有更好的抗紫外效果。3、將實(shí)施例4制的樣品進(jìn)行TEM表征，如圖4所示，F(xiàn)e2O3和CeO2成功的包覆在碳納米管表面。4、將制的樣品浸染在白布上進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試；取實(shí)施例5制得的CNT/Ce02/Fe2O3和十二烷基苯磺酸鈉(CNT/Ce02/Fe203與十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量比為1:5)分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，將白布兩浸兩軋，獲得高效抗紫外/抗電磁輻射織物c ;將各組分質(zhì)量與上述CNT/Ce02/Fe203各組分質(zhì)量相同的Ce02/CNT與Fe203/CNT和十二烷 基苯磺酸鈉分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，將棉布兩浸兩軋，獲得織物b ;將b及未經(jīng)處理的白布作為對(duì)比。樣品的屏蔽效能曲線結(jié)果如圖5所示，a為白布的屏蔽效能曲線，b為Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合后浸釓所得棉布的屏蔽效能曲線，c為碳納米管負(fù)載Fe203/Ce02后浸釓所得棉布的屏蔽效能曲線，從圖中可知，純棉布沒有屏蔽效能，當(dāng)碳管負(fù)載Fe2O3/CeO2后，屏蔽效果較好，明顯優(yōu)于Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡(jiǎn)單物理混合。 說明本發(fā)明Fe203/Ce02/CNT三者間存在協(xié)同作用，比Ce02/CNT 二元復(fù)合物與Fe203/CNT 二元復(fù)合物簡(jiǎn)單疊加具有更好的屏蔽效果。
權(quán)利要求
1.一種抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料，其特征在于該材料為CNT/Ce02/Fe203復(fù)合材料。
2.制備權(quán)利要求I所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的方法，其特征在于 (1)將可溶性鈰鹽、可溶性亞鐵鹽分別溶于去離子水中，形成鈰鹽溶液和亞鐵鹽溶液； (2)CNT/Ce02的制備； (3)將上述制得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混合均勻；在攪拌下加堿液調(diào)節(jié)PH至10，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化IOh ;反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然后在450°C下煅燒15min，即制得抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料CNT/Ce02/Fe203。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的制備方法，其特征在于上述步驟中碳納米管、鈰鹽、亞鐵鹽的用量質(zhì)量比為I :1飛1飛。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的鈰鹽溶液和亞鐵鹽溶液濃度分別為O. 01-0. lmol/L和O. 02-2mol/L ;步驟(I)所述的可溶性鈰鹽為Ce(NO3)3 · 6H20、CeCl2，可溶性亞鐵鹽為FeSO4 · 7H20、FeCl2 或 Fe (NO3)20
5.一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的應(yīng)用，其特征在于將制得的CNT/Ce02/Fe203和表面活性劑分散于乙醇溶液，超聲分散后，獲得均勻整理液，兩浸兩軋，獲得高效抗紫外/抗電磁輻射織物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的制備方法，其特征在于CNT/Ce02/Fe203與表面活性劑的質(zhì)量比為1:廣5。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的制備方法，其特征在于表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料及其制備方法和應(yīng)用。其步驟如下將鈰鹽溶液與酸化的碳納米管混合，混合均勻；在攪拌下加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化10h；反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80℃下烘24h，然后在450℃下煅燒制得CNT/CeO2；將上述制得的CNT/CeO2與FeSO4溶液混合，在攪拌下加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，室溫下繼續(xù)攪拌24h，陳化10h；反應(yīng)結(jié)束后，離心分離，并用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80℃下烘24h，然后在450℃下煅燒15min，即制得抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料CNT/CeO2/Fe2O3。
文檔編號(hào)D06M11/49GK102936832SQ20121040397
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者沈娟娟, 陶宇, 紀(jì)俊玲, 唐沁宇, 李樹白, 陳海群, 陶瑜驍 申請(qǐng)人:常州大學(xué)