一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-10-17 13:36:04 2

專利名稱：一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於抗紫外/電磁波吸收材料製備領域，具體涉及一種氧化鈰/氧化鐵/碳納米管抗紫外/電磁波屏蔽劑的製備方法和應用。
背景技術：
近年來，隨著環境汙染導致大氣中的CO2含量增加，臭氧層不斷遭到破壞，到達地面的紫外線輻射量日益增加，皮膚的曬黑、曬傷、及其皮膚癌的發病率增高，人們越來越強烈的意識到紫外線對人體的傷害，因此，為了保護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，隨著現代科學技術的發展，人們在享受各種電子、電器設備帶來的便利生活的同時，也飽受電器設備產生的電磁輻射幹擾問題的困擾，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紫外線的反射率，將紫外線屏蔽劑與紡織品複合。另一種是增加紡織品對紫外線的吸收率，紫外線吸收劑與紡織品複合。而在電磁屏蔽的紡織品領域中，大多以不鏽鋼纖維或碳、石墨纖維等具有較高電導率的材料與紡織纖維混紡或交織製成，或使用金屬化纖維，在纖維或織物上進行金屬電鍍或化學鍍，提高電導率。然而同時滿足抗紫外/抗電磁輻射雙功能的織物卻很少，針對我國抗紫外、電磁波屏蔽和吸波功能紡織品開發生產過程中急需解決的技術瓶頸，設計和組裝具有強抗紫外、寬頻吸波功能的金屬化合物複合材料，並通過紡絲成形和塗層整理等加工手段開發出多種強抗紫外和吸波功能織物已刻不容緩。現有技術中缺少同時滿足抗紫外/抗電磁輻射雙功能的材料。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中缺少同時滿足抗紫外/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製備方法。為解決上述技術問題本發明採用的技術方案是一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料，該材料為CNT/Ce02/Fe203複合材料。製備上述的抗紫外/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、亞鐵鹽分別溶於去離子水中，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；在攪拌下加鹼液調節PH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在450°C下煅燒15min，製得複合物CNT/Ce02 ；(3)將上述製得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲Ih，混合均勻；在攪拌下加鹼液調節PH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在450°C下煅燒15min，即製得抗紫外/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)中所述的鹼液為O. 0Γ0. lmol/L的NaOH溶液或氨水溶液。上述三者複合過程發生的反應為 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用為將製得的CNT/Ce02/Fe203和表面活性劑分散於乙醇溶液，超聲分散後，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。作為優選，上述應用中CNT/Ce02/Fe203與表面活性劑的質量比為I: f 5。上述應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。本發明首次將氧化鐵、氧化鈰與碳管進行三元複合，獲得高效抗紫外/電磁屏蔽雙功能複合納米材料，此三元複合物間存在相互協同作用使其抗紫外/電磁屏蔽性能均高於Ce02/CNT 二元複合物與Fe203/CNT 二元複合物簡單疊加的性能。該製備方法簡單，成本低，工藝簡單，該製備方法可製得具有強抗紫外/電磁屏蔽功能的金屬化合物複合材料。


圖I為本發明反應機理圖；圖2為實施例I製備的碳管負載Fe203/Ce02的拉曼圖；圖3為實施例2製備的碳管負載Fe203/Ce02扎染棉布(C)、Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡單物理混合扎染棉布(b)和純棉布(a)的紫外吸收曲線；圖4為實施例4製備的碳管負載Fe203/Ce02的TEM圖；圖5為實施例5製備的碳管負載Fe203/Ce02扎染白布(c)、Ce02/CNT ;與Fe203/CNT的簡單物理混合扎染白布(b)和純白布(a)的屏蔽效能曲線。
具體實施例方式如圖I為本發明的原理示意圖碳納米管在混酸酸化後，長鏈碳管的埠被打開，鈰離子進入碳管內部，同時表面生成的羥基、羧基、羰基等穩定官能團，增加了其在水相中的溶解度，有利於硝酸鈰溶液的充分混合，隨後，MWNT/Ce02與硫酸亞鐵溶液混合，進一步煅燒獲得 CNT/Ce02/Fe203。下面結合具體實施例，進一步闡述本發明；應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例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，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 01mol/L的〇6(唚3)3溶液。稱取0.59668 FeSO4 · 7H20，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 02mol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預處理的碳納米管O. 3262g混合，室溫下超聲I小時；在磁力攪拌條件下加O. 01mol/L的NaOH溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ；反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘乾後在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述製得的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溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在馬弗爐中450°C煅燒15min，即製得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述製備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質量比為1:1:1。實施例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，溶於水中，攪拌溶解均勻，形成O. 05mol/L的CeCl2溶液。稱取2.9830g FeCl2，溶於水中，攪拌溶解均勻，形成O. lmol/L的FeCl2溶液。將Ce (NO3)3溶液與預處理的碳納米管0. 8156g混合,室溫下超聲I小時；在磁力攪拌條件下加0. 05mol/L的NaOH溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘乾後在馬弗爐中450°C煅燒15min ；將上述製得的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溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在馬弗爐中450°C煅燒15min，即製得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述製備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質量比為1:2:2。實施例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，溶於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，溶於水中，攪拌溶解均勻，形成O. 2mol/L的Fe (NO3) 2溶液。將Ce (NO3)3溶液與預處理的碳納米管1.0874g混合，室溫下超聲I小時；在磁力攪拌條件下加0. lmol/L的NaOH溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h;烘乾後在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述製得的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溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在馬弗爐中450°C煅燒15min，即製得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述製備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質量比為1:3:3。實施例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，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成O. 5mol/L的〇6(唚3)3溶液。稱取29.83028 FeSO4 · 7H20，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成I. Omol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預處理的碳納米管4. 0777g混合，室溫下超聲I小時；在磁力攪拌條件下加O. 05mol/L的氨水溶液調節pH至10,室溫下繼續攪拌24h,陳化IOh ；反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘乾後在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述製得的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溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在馬弗爐中450°C煅燒15min，即製得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述製備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質量比為1:4:4。實施例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，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成I. Omol/L的〇6(唚3)3溶液。稱取59.660(^ FeSO4 · 7H20，溶於IOOml水中，攪拌溶解均勻，形成2. Omol/L的FeSO4溶液。將Ce (NO3) 3溶液與預處理的碳納米管6. 5244g混合，室溫下超聲I小時；在磁力攪拌條件下加O. lmol/L的氨水溶液調節pH至10,室溫下繼續攪拌24h,陳化IOh ；反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h ;烘乾後在馬弗爐中450°C煅燒15min ;將上述製得的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溶液調節pH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水反覆洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在馬弗爐中450°C煅燒15min，即製得上述的抗紫外/電磁波屏蔽劑。上述製備方法中，碳納米管硝酸鈰硫酸亞鐵的質量比為1:5:5。性能測試I、將實施例I製備的樣品進行拉曼測試，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。據文獻報導，未處理過的碳管的ID/Ie基本為1，酸處理後為大於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，273. 59cm_1 為 Fe-O 振動，447. 85cm_1 為 Ce-O 的振動。2、將實施例2製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量比為1:2)分散於乙醇溶液，超聲分散後，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 ;將各組分質量與上述CNT/Ce02/Fe203各組分質量相同的Ce02/CNT與Fe203/CNT和十二烷基苯磺酸鈉分散於乙醇溶液，超聲分散後，獲得均勻整理液，將棉布兩浸兩軋，獲得織物b ;將b以及未經處理的棉布作為對比。將C、b以及未負載任何材料的棉布樣品置於紫外分光光度計,進行紫外測試,樣品的紫外吸收結果如圖3所示，a為棉布的紫外吸收曲線，b為Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡單物理混合後浸釓所得棉布的紫外吸收曲線，c為碳納米管負載Fe203/Ce02後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，當碳管負載Fe203/Ce02後，紫外吸收效果較好，明顯優於Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡單物理混合。說明本發明Fe203/Ce02/CNT三者間存在協同作用，比Ce02/CNT 二元複合物與Fe203/CNT 二元複合物簡單疊加具有更好的抗紫外效果。3、將實施例4制的樣品進行TEM表徵，如圖4所示，Fe2O3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行屏蔽效能測試；取實施例5製得的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量比為1:5)分散於乙醇溶液，超聲分散後，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 ;將各組分質量與上述CNT/Ce02/Fe203各組分質量相同的Ce02/CNT與Fe203/CNT和十二烷 基苯磺酸鈉分散於乙醇溶液，超聲分散後，獲得均勻整理液，將棉布兩浸兩軋，獲得織物b ;將b及未經處理的白布作為對比。樣品的屏蔽效能曲線結果如圖5所示，a為白布的屏蔽效能曲線，b為Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡單物理混合後浸釓所得棉布的屏蔽效能曲線，c為碳納米管負載Fe203/Ce02後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，當碳管負載Fe2O3/CeO2後，屏蔽效果較好，明顯優於Ce02/CNT與Fe203/CNT的簡單物理混合。 說明本發明Fe203/Ce02/CNT三者間存在協同作用，比Ce02/CNT 二元複合物與Fe203/CNT 二元複合物簡單疊加具有更好的屏蔽效果。
權利要求
1.一種抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料，其特徵在於該材料為CNT/Ce02/Fe203複合材料。
2.製備權利要求I所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的方法，其特徵在於 (1)將可溶性鈰鹽、可溶性亞鐵鹽分別溶於去離子水中，形成鈰鹽溶液和亞鐵鹽溶液； (2)CNT/Ce02的製備； (3)將上述製得的CNT/Ce02與FeSO4溶液混合，室溫下超聲lh，混合均勻；在攪拌下加鹼液調節PH至10，室溫下繼續攪拌24h，陳化IOh ;反應結束後，離心分離，並用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80°C下烘24h，然後在450°C下煅燒15min，即製得抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料CNT/Ce02/Fe203。
3.根據權利要求2所述的抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的製備方法，其特徵在於上述步驟中碳納米管、鈰鹽、亞鐵鹽的用量質量比為I :1飛1飛。
4.根據權利要求2所述的抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料的製備方法，其特徵在於步驟(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用，其特徵在於將製得的CNT/Ce02/Fe203和表面活性劑分散於乙醇溶液，超聲分散後，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.根據權利要求5所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的製備方法，其特徵在於CNT/Ce02/Fe203與表面活性劑的質量比為1:廣5。
7.根據權利要求5所述的抗紫外/抗電磁福射雙功能納米新材料的製備方法，其特徵在於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
本發明提供一種抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料及其製備方法和應用。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溶液調節pH，室溫下繼續攪拌24h，陳化10h；反應結束後，離心分離，並用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80℃下烘24h，然後在450℃下煅燒製得CNT/CeO2；將上述製得的CNT/CeO2與FeSO4溶液混合，在攪拌下加NaOH溶液調節pH，室溫下繼續攪拌24h，陳化10h；反應結束後，離心分離，並用蒸餾水洗滌至中性，所得固體在80℃下烘24h，然後在450℃下煅燒15min，即製得抗紫外/抗電磁輻射雙功能納米新材料CNT/CeO2/Fe2O3。
文檔編號D06M11/49GK102936832SQ20121040397
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者沈娟娟, 陶宇, 紀俊玲, 唐沁宇, 李樹白, 陳海群, 陶瑜驍 申請人:常州大學