纳米碳管地提纯方法及其优缺点.docx
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纳米碳管地提纯方法及其优缺点
研究生考试试卷
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新材料制备技术
课程编号：
y09521086
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纳米碳管的制备及提纯
摘要：
近年来碳纳米管的发展取得了相当大的进步，随着大量制备纳米碳管特别是单层纳米碳管的技术日趋成熟，进一步探索纳米碳管的物理、化学性质、提纯逐渐成为研究的重点。
本文总结了纳米碳管的制备工艺，并说明了制备纳米碳管的方法主要有电弧放电法、化学气相沉积法，热解聚合物法、气体燃烧法和激光蒸汽法等。
为了更准确地测量纳米碳管的各种性能及实现其最终的广泛应用，在继续研究制备高纯度纳米碳管技术的同时，对已有低纯度的纳米碳管原料进行分离、提纯和富集日益摆在众多研究人员的日程中来。
目前已有多种提纯纳米碳管的方法被提出，本文根据分离提纯的方式不同，归纳为化学提纯方法和物理提纯方法两大类，并分别介绍了优缺点。
关键词：
纳米碳管，制备，提纯，优缺点。
1纳米碳管简介及制备方法碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2〜20nm。
由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价。
纳米管具有奇异的物理化学性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等，90年代初一经发现即刻受到物理、化学和材料科学界以及高新技术产业部门的极大重视。
应用研究表明，碳纳米管可用于多种高科技领域。
如用它作为增强剂和导电剂可制造性能优
良的汽车防护件；用它作催化剂载体可显著提高催化剂的活性和选择性；碳纳米管较强的微波吸收性能，使它可作为吸收剂制备隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料等。
碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，世界各国均在制备和应用方面投入大量的研究开发力量，期望能占领该技术领域的制高点。
目前常用的碳纳米管制备方法主要有：
电弧放电法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法），热解聚合物法、气体燃烧法和激光蒸汽法等以及聚合反应合成法。
1.1电弧放电法
电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。
1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。
电弧放电法的具体过程是：
将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。
在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。
通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。
使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。
此外该方法反应消耗能量太大。
传统的电弧法以氦作为保护介质，中国科学院沈阳金属研究所成会明研究小组开发了一种有效制备单壁碳纳米管的半连续氢电弧法，他们通过此方法实现了高纯度单壁碳纳米管的大批量制备。
同传统石墨电弧法相比，氢电弧法的改进包括：
用氢气取代氦气作为缓冲气体，有效的提高了产品的纯度；添加某种含硫生长促进剂，使产量大大提高。
氢电弧方法具有以下特点：
（1）在大直径阳极圆盘精彩文档
中填充混合均匀的反应物，可有效克服传统电弧法中反应数量有限且均匀性差的特点，利于单壁碳纳米管的大批量制备。
（2）阴极棒与阳极圆盘上表面成斜角，在电弧力的作用下可在反应室内形成一股等离子流，及时将单壁碳纳米管产物携带出高温反应区，避免了产物烧结。
同时保持反应区内产物浓度较低，利于单壁碳纳米管的连续生长。
（3）阴极与阳极的位置均可调整，当部分原料反应完毕后可通过调整电极位置，利用其他区域的原料继续单壁碳纳米管的合成。
1.2化学气相法
化学气相法又称碳氢气体热解法，他在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷，这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在600-1200度和有保护气体作用的条件下，使气态烃分解并在一定载体上生成CNTS，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量，但是必须用到催化剂，目前此方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的CNTS的结构，已经取得了一定进展。
碳纳米管的化学气相沉积法制备采用了四种不同系列的催化剂制备碳纳米管，并对不同催化剂及不同生长工艺条件制备的碳纳米管进行表征。
将纳米钴粉与石墨粉混合研磨制备出纳米钴/石墨混合粉体催化剂用来生长碳纳米管。
以离子注入方式在石英衬底上注入Fe离子制备出的负载型催化剂也可以生长碳纳米管，制出的碳纳米管纯度较高。
该工艺适用于工业大批量生产，但制备的碳纳米管存在较多的结晶缺陷，常常发生弯曲和变形，石墨化程度较差，这些缺点对碳纳米管的力学性能及物化性能会有不良的影响。
因此对催化裂解法制备的碳纳米管采取一定的后处理是必要的，比如高温退火处理可消除部分缺陷，使管身变直，石墨化程度得到改善。
化学气象沉积法在工艺中的方法大致有两种：
基种催化法和浮动催化法。
（1）基种催化法具有设备投资少，成本低，碳纳米管产量高，含量高以及易于实现大批量制备等优点。
基种催化法的基本原理是：
用碳氢化合物（以丙烯为例）为碳源，氢气为还原气，在铁，钴和镍基催化剂作用下，在管式电阻炉中裂解原料气形成自由碳原子，并沉积在催化剂上，最终生长碳纳米管。
（2）浮动法一般利用铁的有机金属化合物为催化剂原料，有机金属化合物和碳氢化合物一同引入。
在一定温度下（1100-1200C）,有机金属化合物分解出铁原子并聚集成一定大小的催化剂颗粒。
碳氢化合物在催化剂颗粒上吸附，分解，扩散并析出气相生长碳纤维。
在整个反应过程中,催化剂和气相生长碳纤维是悬浮在反应室的气氛中的,最后气相生长碳纤维被载气带出反应室。
因此浮动法一般采用立式反应室,以便原料器能够连续的进入,气相生长碳纤维产物能够连续的引出,从而实现气相生长碳纤维的连续制备。
1.3热解聚合物法
热解聚合物法是通过热解某些聚合物或有机金属化合物得到碳纳米管。
Cho等人将柠檬酸和甘醇聚脂化，并将得到的聚合物在400C空气中加热8h,然后冷却至室温,得到了碳纳米管。
热处理温度是关键因素,聚合物的分解可能产生碳悬键并导致碳的重组而形成碳纳米管。
在420-450C下用镍作为催化剂，在氢气中热解粒状的聚乙烯，也可合成碳纳米管。
1.4激光蒸汽法
激光蒸汽法是在1200°C的电阻炉中，由激光束蒸发石墨靶，流动的氩气
（6.67X104Pa）使产物沉积到水冷铜柱上。
石墨棒中掺杂Ni/Co（1:
1）金属粉末（x（Ni/Co）=1.2%，颗粒直径约1微米）。
单壁碳纳米产物在1000C的真空环境中热处理，使C60和其他富勒碳小分子升华掉。
高纯度的碳纳米管产物由随机排列的长数微米、直径为10-20nm的细小纤维组成。
1.5气体燃烧法气体燃烧法既是采用燃烧含碳有机物的过程最后中，利用各种催化剂进行制备，主要的概述如下：
通过硝酸铁柠檬酸凝胶直接自蔓延燃烧反应制备氧化铁体粉末，使用热重-差热分析法（TG-DSC）分析凝胶的合成温度，比较凝胶的先驱体溶液中柠檬酸和硝酸铁的不同比例对氧化铁体粉末结构和形貌的影响，并以此法制备的氧化铁为催化剂制备碳纳米管。
使用SEM，TEM对所制备的碳纳米管的结构和形貌进行表伍，XRD分析表明，使用稀盐酸和浓硝酸能有效的除去产物中残留的催化剂颗粒，进而生成碳纳米管。
2纳米碳管的提纯
由于碳纳米管的奇特性能和广泛的应用前景，使得制备与纯化显得非常重
要。
尤其是碳纳米管的纯化，科学工作者一直在探索大批量、高纯度、快速的分离提纯工艺。
近些年，在碳纳米管纯化的某些领域取得了可喜的成绩，推动了对碳纳米管的深入研究。
纳米碳管又称为巴基管，属富勒碳系是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级的管状结构材料，分别称为单壁或多壁纳米碳管由于单壁管是由单层碳原子绕合而成的，结构具有较好的对称性和单一性。
多壁管由若干个壁间距约为0.34nm的同轴圆柱面套构成。
自日本NEC的LIJIMA生产出世界上第一支纳米碳管以来，纳米碳管就以其许多新颖的特性，如极高的拉抗强度，既可为导体、半导体，又可为绝缘体等机械；电导性能引起了材料、物理、化学等各学科的研究人员的极大关注。
正是由于这种优异的性能，纳米碳管在电子、复合材料和储氢材料等领域有着极大的应用价值，许多国家在其制备和纯化研究上都给予了很大的支持和投入。
纳米碳管的制备方法很多，目前最主要的是碳弧法和碳氢化合物裂解法。
碳弧法是制备纳米碳管的传统工艺。
它是在真空反应器中充一定压力的惰性气体或氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，在弧放电的过程中阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阳极上沉积出含有纳米碳管的富勒烯、石墨等碳微粒；碳氢化合物热解法是通过激光等把过渡金属和碳氢化合物同时加热到高温而使碳氢化合物发生热分解来制备纳米碳管的方法。
Yacaman首先用此法获得了长达50微米直径与Iijima所制尺寸相当地纳米碳管。
Ivanov等用催化法合成了长达50微米的纳米碳管，并宣称该法制备纳米碳管比电弧法更简单，产率高且可进行大规模生产。
为了更准确地测量纳米碳管的各种性能及实现其最终的广泛应用，在继续研究制备高纯度纳米碳管，技术的同时，对已有低纯度的纳米碳管原料进行分离、提纯和富集日益摆在众多研究人员的日程中来。
经过近五年的研究，目前已有多种提纯纳米碳管的方法被提出，根据分离提纯的方式不同，可以归纳为化学提纯方法和物理提纯方法两大类。
2.1化学纯化法化学纯化法的依据是：
通过结合超声波振荡分离和其他不同的化学处理手段，能够有效地将碳纳米管从其他碳颗粒（无定形碳、石墨多面体、富勒烯等）和催化剂（催化剂载体和金属微粒）分离出来。
达到提纯碳纳米管和单层碳纳米管的目的。
虽然化学提纯方法可将纳米碳管从其它杂质中有效地分离出来，但是化学提纯方法最大的特点是建立在碳管样品中不同组份存在不同氧化温度和条件这一特征基础上被提出来的，而利用氧化方法提纯纳米碳管存在一个最大的缺点，就是在氧化掉其它碳杂质的同时，有相当一部分的纳米碳管管壁或管端也相应被氧化掉，甚至有一些纳米碳管被完全氧化掉。
氧化后残余的纳米碳管无论是管径还是长度都远远小于初始的状态，结构也大大地受到破坏。
因此，化学提纯方法能够有效地分离出高纯度的纳米碳管，但是同时使结构也大大受到破坏。
氧化后残余的纳米碳管无论是管径还是长度都远远小于初始的状态，结构也大大地受到破坏。
2.1.1酸氧化提纯法
1995年，H.Hiura和T.W.Ebbesen等人将纳米碳管视为管状的石墨微晶，首先把1g的纳米碳管放入200mL浓度1mol/L的硫酸溶液中进行分散和沉淀。
之后，分散液被装入一具有回流冷凝装置的双颈瓶中，继续在分散液中加入19.8g的高锰酸钾粉末，并让高锰酸钾充分溶解于硫酸之中。
接着，这种装有混合液体和冷凝装置的双颈瓶在油浴锅中进行5h的加热处理后，通过过滤、清洗、离心、干燥等一系列的工作，分别除去高锰酸钾、硫酸等反应剩余物，便可得到提纯的纳米碳管。
这种利用高锰酸钾和硫酸溶液对纳米碳管原料进行提纯的方法，不但可以有效地除去原料中大量的无定形碳、石墨多面体和金属微粒等杂质，而且方法简单、高效、成本较低，因而具有潜在的应用价值。
此外，由于在提纯纳米碳管的同时可以将一部分纳米碳管封闭的端口打开，这对于日后对纳米碳管进行化学修饰或改性，以及填充其它有用物质到纳米碳管中空部位都是十分有利的。
2.1.2插层氧化法
插层氧化法的原理是根据某些金属能够插入到石墨片层之间，形成石墨插层化合物，使原始石墨在空气中氧化的温度降低，另外金属原子也易于在石墨边缘及石墨缺陷处形成插层化合物，故易插入碳纳米颗粒、碳纳米球、无定形炭等杂质中，这样通过使碳纳米颗粒、碳纳米球、无定形炭先与金属氧化物反应生成石墨插层化合物，就可提高纳米碳颗粒与纳米碳管之间反应的选择性，从而有效去除碳纳米颗粒。
Ikazaki等将阴极沉积物在673K下浸在CuCl2-KCl的混合溶液中一周，然后用去离子水洗去过量的CuCl2和KCI。
为了将石墨插层中的CuCl2还原为金属铜的石墨插层化合物，将洗净的产物在He/H2气氛下，以10K/min速率加热到773K，并在此温度下恒温60min。
将还原后的产物在流动空气下以10K/min加热至823K，则与铜形成石墨插层化合物的碳纳米颗粒、碳纳米球、无定形炭将优先发生氧化还原反应。
此法是去除石墨粒子的一种有效方法，但对于催化剂粒子则无能为力，且引进了新的杂质。
优缺点：
此法是去除石墨粒子的一种有效方法，但对于催化剂粒子则无能为力，且引进了新的杂质。
2.1.3气相氧化法
纳米碳管主要由呈六边形排列的碳原子构成，这种结构和石墨的结构完全一致，因此纳米碳管的管壁可以被看成石墨片层在空间通过360°卷曲而成。
其两端由五边形、六边形、七边形碳原子环组成的半球形帽封闭。
纳米碳管的制备过程中会有碳纳米颗粒、无定形炭等粘附在碳纳米管壁四周，它们有着和封口相似的结构。
六元环五元环、七元环相比，比较稳定。
在氧化剂存在的情况下，五元环和七元环会首先被氧化，而六元环则需要较高温度才能被氧化，因此碳纳米管的氧化温度比碳纳米颗粒、无定形炭、碳纳米球的氧化温度高。
气相氧化法就是利用纳米碳管和碳纳米颗粒、无定形炭、碳纳米球的这一差异，通过精确控制反应温度、反应时间及气体流速等实验参数达到提纯的目的。
气相氧化法根据氧化气氛的不同又可分为氧气（或空气）氧化法和二氧化碳氧化法。
（1）空气氧化法Ebbesen将电弧法制备的样品直接在空气中加热，当样
品的损失率达到99%以上时，残留的样品基本上全是纳米碳管。
优缺点：
此法的提纯收率极低，其原因主要是：
碳纳米颗粒、无定形炭、碳纳米球与纳米碳管交织在一起，而且这些杂质和纳米碳管与空气反应的选择性较差。
Tohji将电弧法制备的样品先经水热初始动力学法处理及Soxlet萃取后，在空气中加热到743°C,恒温20min，将剩余的产物浸在6M的浓盐酸中以除去催化剂粒子。
此方法提高了提纯收率（样品的损失率为95%，），Tohji等认为HIDE处理可使粘附在单壁碳纳米管上的超细石墨粒子、纳米球及无定形炭脱落，故能够提高提纯物的收率。
（2）二氧化碳氧化法
Tsang将含有碳纳米管的阴极沉积物放入一个两端有塞子的石英管中，以20mL/min的流速通入CO2气体，在1120K加热5h后，约有的质量损失，此时部分碳纳米管的球形帽被打开，继续加热，碳纳米颗粒、碳纳米球、无定形炭将被氧化烧蚀掉。
2.1.4液相氧化法
液相氧化与气相氧化的原理相同，也是利用纳米碳管比无定形炭、超细石墨粒子、碳纳米球等杂质的拓扑类缺陷（五元环、七元环）少这一差异，来达到提纯的目的。
但是液相氧化法的反应条件较温和易于控制。
目前主要的氧化剂有：
高锰酸钾、重铬酸钾和硝酸溶液等。
Ebbesen将10mg由激光法制备的样品（含40%~60%的单壁纳米碳管）浸在浓硝酸溶液中，超声震荡几分钟后，在磁力搅拌下，于393~403K回流4h，然后进行离心、清洗。
这种方法大大降低了样品的损失率，但是该方法提纯后的样品仍含有较大量的催化剂粒子（1%）。
Dillon
等人将激光蒸发法制备的样品在3M的HN03溶液中，于393K回流16h，经过滤、干燥后，将剩余的样品在空气中于823K灼烧30min，最后在1773K抽
真空处理。
最后剩余的产物占初始产物的20%，经电感耦合等离子谱测定，表明其中金属含量仅占最终产物的0.2%。
优缺点：
这种方法大大降低了样品的损失率（最终产物占初始产物的
30-50%），但是该方法提纯后的样品仍含有较大量的催化剂粒子（1%）。
2.1.5红外线辐射氧化法
Y.Ando和ZhaoX等人经过研究发现多层纳米碳管还可以利用红外线辐射加热氧化的方法进行提纯。
将电弧放电法合成出的阴极沉积产物直接放在红外线加热器中进行加热氧化，便可很容易在面积约10mm2、深度约0.1mm的阴极沉积物表面范围内得到体积松散的、海绵状和具有高定向性的多层纳米碳管。
2.1.6氢化作用提纯法
A.Fonseca等将含有纳米碳管的样品放入氢氟酸中进行72h以上的浸泡处理，处理后的样品在温度为900的流动的H2/N2的气氛中进行4~5h的氢化反应，H2/N2的流速为10/75mL/min。
实验结果发现无定形碳颗粒发生氢化反应的速率明显高于其它具有固定结构的碳颗粒，因而这种方法可以有效地将那些具有不规则结构碳颗粒从纳米碳管中除去。
但由于该方法只适合于单独除去无定形碳，对于那些具有规则结构的石墨多面体来说，清除的效果并不好，因此氢化作用提纯法只有同其它提纯方法结合使用才能最好地发挥其效用。
反应结束后得到纳米碳管中，有25%为开口的纳米碳管。
虽然化学提纯方法可将纳米碳管从其它杂质中有效地分离出来，但是化学提纯方法最大的特点是建立在碳管样品中不同组份存在不同氧化温度和条件这一
特征基础上被提出来的，而利用氧化方法提纯纳米碳管存在一个最大的缺点，就是在氧化掉其它碳杂质的同时，有相当一部分的纳米碳管管壁或管端也相应被氧化掉，甚至有一些纳米碳管被完全氧化掉。
氧化后残余的纳米碳管无论是管径还是长度都远远小于初始的状态，结构也大大地受到破坏。
因此，化学提纯方法能够有效地分离出高纯度的纳米碳管，但是同时使结构也大大受到破坏。
氧化后残余的纳米碳管无论是管径还是长度都远远小于初始的状态，结构也大大地受到破坏。
2.2物理纯化法
利用物理方法提纯纳米碳管的一个重要的根据是，含有纳米碳管的原料中的不同组份具有不同的物理性能。
这些物理性能的差异包括：
形态、比重、电性、大小等。
利用这些物理性能的差异，研究人员分别提出了相应的提纯方法，并做了卓有成效的工作。
物理提纯法是一种基于不破坏纳米碳管而又能有效地将纳米碳管分离、提纯出来的方法物理提纯方法的提出解决了纳米碳管的结构受到破坏的问题。
由于组成纳米碳管生成物是由具有不同形态、大小、比重和电磁性的物质混杂在一起构成的，依据其各自的特征采取相应的物理分离手段和仪器，将纳米碳管以外的杂质（无定形碳、石墨多面体、富勒烯、催化剂载体和金属催化剂微粒等）清除出去是完全可行的。
但是，这种基于上述理论而提出的物理分离方法所遇到一个最大的难题就是，纳米碳管和大部分杂质均为碳质，在性能方面的差异事实上并不大，因此目前除了用过滤法能提纯出较纯净的纳米碳管外，其它方法均很难提纯出十分纯净的纳米碳管和单层纳米碳管。
此外，由于部分纳米碳管与石墨多面体是以连体形式存在的，因此单纯用物理方法是不能将这些纳米碳管和石墨多面体分离开的。
2.2.1离心分离法
由于纳米碳管比超细石墨粒子、碳纳米球、无定形炭等杂质的粒度大，所以在离心时粒度大的纳米碳管受离心力的作用先沉积下来，而粒度较小的纳米碳管、无定形炭、超细石墨粒子、碳纳米球则留在溶液中，使悬浮液在加压下通过微孔滤膜就可使粒度小于微孔滤膜的杂质粒子除去。
优缺点：
在超声振荡（使粘附在纳米碳管上的杂质粒子脱落下来）下过滤，经循环实验可提供一种大量非破坏性提纯纳米碳管和纳米粒子的方法，同时通过控制凝絮，为纳米碳管的尺寸选择提供了前景。
两次循环实验后，纳米碳管的纯度仅为90%，表明其纯度不很高。
2.2.2微过滤提纯法
J.M.Bonard和T.Stora等人研究发现：
纳米碳管在具有水表面性质溶液中可以呈动态稳定的凝胶状分散物存在。
在经过过滤筛选之后，纳米碳管可以有效地从其它碳纳米微粒中分离出来。
通过控制凝絮作用，还可能将不同大小的纳米碳管分离开来。
S.Bandow等人也报道了一种用含阳离子表面活性剂（CS2）的水溶液将碳纳米颗粒、金属纳米颗粒、富勒烯等芳香族物质和单层纳米碳管等充分分散后制成悬浮液，然后将悬浮液在薄膜过滤器中进行过滤处理，便可得到单层纳米碳管含量约90%（质量分数）的样品，整个过程不需要任何的氧化处理。
与此同时，K.B.Shelimov和R.O.Esenaliev等人发现结合超声振荡技术和采用微量过滤方法，可以将包含有无定型碳、石墨多面体和金属催化剂微粒等杂质的单层纳米碳管悬浮液中的单层纳米碳管有效地分离出来。
在过滤过程中，声裂技术的引入还可以防止过滤器受到污染，同时可以保持一个充分分散的纳米碳管——纳米颗粒悬浮液环境。
由于原料的不同，这种方法可以得到产率为30%~70%、纯度为90%的单层纳米碳管。
优缺点：
该方法仅适用于纯度较高的样品，且提纯物收率不高。
改进的气相氧化法：
本小组将由流动催化剂法制备的直径为3-20nm碳管与溴水反应形成溴的石墨插层化合物，然后在流动空气下加热到800K，并在此温度下恒温20min，将氧化后的产物用浓盐酸浸泡以除去催化剂粒子。
2.2.3电泳纯化法
K.Yamamoto等人利用电泳原理，先将纳米碳管充分分散于异丙醇（IPA）溶液中，离心、去除较大的碎片，然后在充满纳米碳管分散液的容器中放入两个间距为0.4mm、共面的铝电极。
由于纳米碳管存在电的各向异性这一特征，因此当在两个铝电极间加入大小为2.2X10Vm交变电场时，在电场的作用下，纳米碳管将由原位移动到阴极附近，并沿着电场的方向进行有规律的定向排列。
研究发现，当交变电场的频率在10Hz〜10MHz之间变化时，纳米碳管在电场作用下定向程度随着交变电场频率的增加而增加。
2.2.4空间排斥色谱法
空间排斥色谱法也称凝胶渗透色谱。
与其他液相色谱方法不同，它是基于试样分子的尺寸和形状不同来实现分离的。
凝胶色谱的填充剂是凝胶，它是一种表面惰性，含有许多不同尺寸的孔穴或立体网状物质。
凝胶的孔穴大小与被分离试样的大小相当。
对于那些太大的分子，由于不能进行孔穴而被排斥，所以随流动相移动而最先流出。
小分子则完全相反，它能深入大大小小的孔隙中而完全不受排斥，而最后流出。
中等大小的分子则可渗入较大的孔隙中，但受到较小孔隙的排斥，所以介于上述两种情况之间。
由于无定形炭等杂质的尺寸属于小分子和中等大小分子范围内，所以该方法可有效提纯纳米碳管。
Duesberg等将MWNTs或SWNTs浸入1%十二烷基黄酸钠（SDS）水溶液里，胶态分散液稳定几天，直接用于色层分离，色谱柱（直径2.5cm，长45cm）填充物由CPG（美国Corning公司生产的一种凝胶色谱填充剂，为多孔玻璃凝胶）系列组成，洗脱液是0.25%SDS水溶液，pH值为7,流速为50mL/h。
优缺点：
空间排斥色谱法（SEC）是一种不破坏纳米碳管的前
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