專利名稱：碳納米管板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管板的制造方法，更具體地說(shuō)，涉及一種用作水 處理和空氣凈化系統(tǒng)的電極的碳納米管板的制造方法。
背景技術(shù)：
電容去離子(下文中，簡(jiǎn)稱為CDI)技術(shù)基于簡(jiǎn)單的原理來(lái)去除水中的 離子或各種膠體顆粒。根據(jù)CDI技術(shù)，當(dāng)電壓施加在正電極和負(fù)電極之間時(shí)， 荷正電或荷負(fù)電的顆粒被電容性吸引到相反電荷的電極并保持在該相反電荷 的電極上。
適合于采用CDI技術(shù)去除離子的電極材料必須滿足幾個(gè)條件，例如高的 比表面積和電容，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的孔分布，以利于簡(jiǎn)單、快 速的離子吸附/解吸。到目前為止，適合于CDI技術(shù)的電極材料主要限于活性 碳粉體或碳?xì)饽z。這些材料需要粘結(jié)劑以成型為電極的形式。然而，粘結(jié) 劑導(dǎo)致電極特性的劣化，并增加了電極體積。因此，認(rèn)為在使用碳粉體或碳 氣凝膠時(shí)不適合用粘結(jié)劑。
作為不需要粘結(jié)劑的、相對(duì)滿足CDI技術(shù)所需條件的電極材料，提出了 碳納米管(CNT)。碳納米管具有很好的纏繞在一起的類似人類頭發(fā)的形狀。 因此，不需要額外的粘結(jié)劑。然而，當(dāng)碳納米管沒(méi)有均勻的分散遍及電極的 整個(gè)表面且在特定的位置一起結(jié)塊(lump)時(shí)，電極的均勻性和整體性降低 引起電極裂紋以及容易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
做出本發(fā)明以解決上述問(wèn)題。本發(fā)明的 一 方面提供了 一種制造用作水處 理和空氣凈化系統(tǒng)的電極的碳納米管板的方法。
本發(fā)明的另外方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分地闡明，并且從描述 中部分是清楚的，或者通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施可以獲知。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造碳納米管板的方法，所述方法包
4括如下步驟將碳納米管添加到鹽酸和硫酸的混合溶液中，用微波對(duì)碳納米 管溶液進(jìn)行表面處理，使碳納米管溶液經(jīng)歷超聲波以分散碳納米管，過(guò)濾碳 納米管溶液，干燥碳納米管。
表面處理的步驟可以通過(guò)使碳納米管溶液經(jīng)歷微波長(zhǎng)達(dá)第 一時(shí)間段并冷 卻碳納米管溶液長(zhǎng)達(dá)第二時(shí)間段來(lái)執(zhí)行。
第一時(shí)間段可以為1分鐘，第二時(shí)間段可以為5分鐘。 微波照射和冷卻可以重復(fù)3次。
波之前用去離子水稀釋碳納米管溶液
《
—巨'/務(wù)w又"j p乂w卞j玉；/々j —j'貝&入m w'v/j天i^/乂《、名^j^^ 制造方法還包括在過(guò)濾碳納米管的步驟之后用活性添加劑溶液浸潤(rùn)碳納 米管。
制造方法還包括對(duì)干燥后的碳納米管板進(jìn)行熱處理。 熱處理可以以大約900。C在惰性氣氛下執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。 活性添加劑溶液可以是從熱解聚合物和無(wú)機(jī)鹽中選擇的任何一種。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造碳納米管板的方法，所述方法 包括如下步驟將碳納米管到添加到混合有表面活化劑的去離子水中以分散
碳納米管，過(guò)濾碳納米管溶液，干燥碳納米管。
碳納米管溶液可以用至少有預(yù)定尺寸的膜過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾。
制造方法還包括在過(guò)濾碳納米管的步驟之后用活性添加劑溶液浸潤(rùn)碳納米管。
制造方法還包括對(duì)干燥后的碳納米管板進(jìn)行熱處理。 熱處理可以以大約900。C在惰性氣氛下執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。 活性添加劑溶液可以是從熱解聚合物和無(wú)機(jī)鹽中選擇的任何一種。


通過(guò)結(jié)合附圖，從下面的實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的示例性實(shí)施例的這 些和/或其它方面及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚，并且更易于理解，附圖中 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CDI電極的示圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造碳納米管板的筒化過(guò)程的示圖； 圖3是均示出碳納米管的分散對(duì)碳納米管板的質(zhì)量的影響的示圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的制造碳納米管板的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在附圖中示出了本發(fā)明的示例， 其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。下面通過(guò)參照附圖來(lái)描述這些實(shí)施 例以解釋本發(fā)明。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CDI電極的示圖。如圖l所示，相互隔 開(kāi)的兩個(gè)電極^反102和104連"l妻到分別施加正電壓和負(fù)電壓的電源106。當(dāng) 施加正電壓和負(fù)電壓時(shí)，陰離子102a被電吸附到荷正電的電極板102，陽(yáng)離 子104a被電吸附到荷負(fù)電的電極板104。結(jié)果，去除了在流體(例如水)中 存在的離子。當(dāng)CDI電極的電極板102或者104均達(dá)到離子飽和時(shí)，電極的 極性改變?yōu)橄喾吹碾姾?，從而?shí)現(xiàn)離子的電解吸。電極板102和104電性再 生。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管板用作CDI電極的這種電極板102和 104。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的碳納米管板也能廣泛地應(yīng)用于其它領(lǐng)域。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造碳納米管板的筒化過(guò)程的示圖。如 圖2所示，粉體形式的纏繞的碳納米管202經(jīng)歷用于分散的表面處理(204)。 這里，分散是指使粉體形式的纏繞的碳納米管202均勻分布以不產(chǎn)生結(jié)塊的
為在先前的分散過(guò)程中緩解了碳納米管的纏繞而使得碳納米管的均勻性提 高，所以碳納米管粉體具有均勻的特性而沒(méi)有在某處結(jié)塊(208)。另外，在 過(guò)濾的過(guò)程中，碳納米管粉體根據(jù)濾紙的形狀成形為薄的、寬的碳納米管板 (210)。如此形成的薄的、寬的碳納米管板被切割成制造CDI電極所期望的 尺寸。
圖3是均示出碳納米管的分散對(duì)碳納米管板的質(zhì)量的影響的示圖。圖3
圖中可以看出，碳納米管的分散狀態(tài)(左)是均勻的，所以，產(chǎn)物，即電極 板(右)也制造得堅(jiān)固。另一方面，在利用不同的制造板的方法的圖3中的 (B)的情況下，碳納米管的分散狀態(tài)(左)是不均勻的，所以，產(chǎn)物，即碳 納米管板(右)實(shí)際上產(chǎn)生了裂紋。因此，這種板不能用作電極。從上述可以看出，當(dāng)碳納米管的分散的均勻性良好時(shí)，產(chǎn)物，即碳納米管板的質(zhì)量提高
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造碳納米管板的方法的流程圖。如圖4所示，將碳納米管粉體添加到硝酸和硫酸的混合溶液中，并且用微波對(duì)碳納米管溶液進(jìn)行表面處理(402)。此時(shí)，微波照射執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)1分鐘，然后冷卻長(zhǎng)達(dá)5分鐘。這個(gè)過(guò)程按這樣的順序重復(fù)3次。當(dāng)重復(fù)3次微波照射完成時(shí)(參照404)，用去離子水稀釋表面處理后的碳納米管溶液。然后，稀釋后的碳納米管溶液經(jīng)歷超聲波以促進(jìn)分散過(guò)程，從而得到碳納米管分散溶液
將過(guò)濾器的尺寸限制為預(yù)定尺寸，以得到至少有預(yù)定尺寸的碳納米管板。過(guò)濾碳納米管溶液之后，直接用活性添加劑溶液浸潤(rùn)濕態(tài)的過(guò)濾后的碳納米管
(此時(shí)，水的百分含量在大約700%到1000%的范圍內(nèi))(410)。所述的活性添加劑(溶液)是熱解聚合物或者無(wú)機(jī)鹽。在用活性添加劑溶液浸潤(rùn)碳納米管時(shí)，添加劑填充到碳納米管之間的空間和由碳納米管的纏繞形成的間隙孔
(mesopore)中。即使在干燥碳納米管之后，在碳納米管中也殘留有這些添加劑。通過(guò)隨后過(guò)程中的熱處理來(lái)去除這些添加劑。這個(gè)過(guò)程活化了碳納米管的表面，從而形成孔。以室溫緩慢干燥過(guò)濾后的物質(zhì)(412)。這種室溫緩慢千燥能夠緩慢地去除水，使得碳納米管板的收縮和變形最小化。如上所述，為了去除在過(guò)濾過(guò)程中添加的添加劑，以大約90(TC在惰性氣氛下對(duì)碳納米管板模執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的熱處理(414)。在這樣的過(guò)濾和干燥過(guò)程之后，得到碳納米管板沖莫。
在表面處理過(guò)程中，用微波處理碳納米管使得碳納米管氧化。這種氧化對(duì)分散的效果有很大的幫助。然而，當(dāng)微波連續(xù)地照射時(shí)，氧化的程度會(huì)達(dá)到超過(guò)期望水平的點(diǎn)。因此，優(yōu)選地，通過(guò)照射長(zhǎng)達(dá)1分鐘然后冷卻長(zhǎng)達(dá)5分鐘來(lái)合適地控制加熱程度。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的制造碳納米管板的方法的流程圖。如圖5所示，將碳納米管粉體添加到混合有表面活化劑的去離子水中，以得到碳納米管分散溶液(502 )。用至少有預(yù)定尺寸的膜過(guò)濾器過(guò)濾碳納米管分散溶液(504)。至少將過(guò)濾器的尺寸限制為預(yù)定尺寸，以得到至少有預(yù)定尺寸的碳納米管板。在過(guò)濾碳納米管分散溶液之后，直接用活性添加劑溶液浸潤(rùn)濕態(tài)的過(guò)濾后的碳納米管(此時(shí)，水的百分含量在大約700%到1000%的范圍內(nèi))(506)。所述的活性添加劑溶液是熱解聚合物或者無(wú)機(jī)鹽。在用活
性添加劑溶液浸潤(rùn)碳納米管時(shí)，添加劑填充到碳納米管之間的空間和由碳納
米管的纏繞形成的間隙孔(mesopore)中。即使在干燥碳納米管之后，在碳納米管中也殘留有這些添加劑。通過(guò)隨后過(guò)程中的熱處理來(lái)去除這些添加劑。這個(gè)過(guò)程活化了碳納米管的表面，從而形成孔。以室溫緩慢干燥過(guò)濾后的物質(zhì)(508 )。這種室溫緩慢干燥能夠緩慢地去除水，使得碳納米管板的收縮和變形最小化。如上所述，為了去除在過(guò)濾過(guò)程中添加的添加劑，以大約900。C在惰性氣氛下對(duì)碳納米管板模執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的熱處理(510)。在這樣的過(guò)濾和干燥過(guò)程之后，得到碳納米管板模。
形成成對(duì)的、有對(duì)應(yīng)的功率連接端的碳納米管板模，以施加功率。這樣得到的碳納米管板模用作水處理系統(tǒng)(如水凈化器/水軟化器/海水淡化器)或者空氣凈化系統(tǒng)的電極。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的不使用粘結(jié)劑的實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于這樣的實(shí)施例。也就是說(shuō)，只要利用了諸如權(quán)利要求中限定的碳納米管板及其制造方法的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明也可以應(yīng)用于使用粘結(jié)劑的方法和設(shè)備。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種制造碳納米管板的方法，所述方法包括如下步驟將碳納米管添加到硝酸和硫酸的混合溶液中，并用微波對(duì)碳納米管溶液進(jìn)行表面處理；使碳納米管溶液經(jīng)歷超聲波以分散碳納米管；過(guò)濾碳納米管溶液；干燥碳納米管。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，表面處理的步驟通過(guò)使碳納米管溶 液經(jīng)歷微波長(zhǎng)達(dá)第 一 時(shí)間段并冷卻碳納米管溶液長(zhǎng)達(dá)第二時(shí)間段來(lái)執(zhí)行。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，第一時(shí)間段為l分鐘，第二時(shí)間段 為5分鐘。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，微波照射和冷卻重復(fù)3次。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在碳納米管的表面處理的 步驟之后并在使溶液經(jīng)歷超聲波之前用去離子水稀釋碳納米管溶液。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用至少有預(yù)定尺寸的膜過(guò)濾器來(lái)過(guò) 濾碳納米管溶液。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在過(guò)濾碳納米管之后用活 性添加劑溶液浸潤(rùn)-碳納米管。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括對(duì)干燥后的碳納米管板進(jìn) 行熱處理。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，熱處理是以900。C在惰性氣氛下執(zhí) 行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。
10、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，活性添加劑溶液是從熱解聚合物 和無(wú)機(jī)鹽中選擇的任何一種。
11、 一種制造^i內(nèi)米管板的方法，所述方法包括如下步驟 將碳納米管添加到混合有表面活化劑的去離子水中以分散碳納米管； 過(guò)濾碳納米管溶液；干燥碳納米管。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，用至少有預(yù)定尺寸的膜過(guò)濾器來(lái) 過(guò)濾碳納米管溶液。
13、 如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括在過(guò)濾碳納米管之后用 活性添加劑溶液浸潤(rùn)碳納米管。
14、 如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括對(duì)干燥后的碳納米管板 進(jìn)行熱處理。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，熱處理是以卯(TC在惰性氣氛下 執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。
16、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，活性添加劑溶液是從熱解聚合物 和無(wú)機(jī)鹽中選擇的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管板的制造方法。該方法包括將碳納米管添加到硝酸和硫酸的混合溶液中，用微波對(duì)碳納米管溶液進(jìn)行表面處理，以促進(jìn)表面處理，使碳納米管溶液經(jīng)歷超聲波以分散碳納米管，以增加分散效果，過(guò)濾碳納米管溶液，干燥碳納米管，以得到碳納米管板模。
文檔編號(hào)B03C3/40GK101658817SQ20091016660
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者宋哲鎬, 樸大煜, 李永熙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社