一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料及其制備方法技術

本申請公開一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料及其制備方法，首先分別配制羧基化多壁碳納米管分散液、HS培養基溶液；將HS培養基溶液和多壁碳納米管分散液滅菌超聲處理后接入木醋桿菌懸浮液制得細菌纖維素生長原液或者HS培養基溶液接入木醋桿菌懸浮液后和羧基化多壁碳納米管分散液混合制得細菌纖維素生長原液；再將細菌纖維素生長原液移入到培養皿培養得到細菌纖維素/多壁碳納米管膜材料；本發明專利技術所得原位膜材料制備工藝簡單，易于批量化生產，所得膜材料質地均勻，多壁碳納米管均勻的分散在細菌纖維素里面，在導電膜材料等方面具有廣闊應用。

In situ bacterial cellulose / carboxylated multi wall carbon nanotube film material and preparation method thereof

The invention discloses an in situ bacterial cellulose / carboxyl multi walled carbon nanotube film material and its preparation method, firstly prepared carboxylated MWNT dispersion, HS medium solution; HS culture medium solution and multi walled carbon nanotubes dispersed liquid sterilization after ultrasonic treatment access xylinum suspension prepared bacteria cellulose solution or HS growth medium access a.xylinum suspension and carboxylated multi walled carbon nanotube dispersions prepared by mixing bacterial cellulose growth solution; the growth of bacterial cellulose dope into the culture dish by bacterial cellulose / multi walled carbon nanotube film material; the invention of the in situ film material preparation process simple, easy mass production, the membrane material is homogeneous, multi walled carbon nanotubes uniformly dispersed in the bacterial cellulose, with the conductive film material etc. Wide application.

【技術實現步驟摘要】
一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料及其制備方法
本專利技術涉及導電材料制備
，尤其涉及一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料及其制備方法。
技術介紹
細菌纖維素是由木醋桿菌合成的一種新型微生物合成材料，在諸多領域具有巨大的應用潛力。木醋桿菌的標準培養基是Hestrin-Schramm(HS)培養基，其由α-甘露醇、胰蛋白胨、酵母浸膏組成，具有細菌纖維素產率高，培養時間短等優點。細菌纖維素具有一定孔徑分布的多孔性結構的高分子材料，孔徑在納米數量級，大量的納米級孔可作為“模板”和無機納米粒子復合制備復合材料。將有機或無機分子以該模板為基體進行復合，控制合成具有預期特定形貌與尺寸的納米材料，從而得到具有優異性能的新型功能材料。采用細菌纖維素為模板，YoonSH等通過使用包含表面活性劑的多壁碳納米管溶液，將多壁碳納米管吸附和嵌入細菌纖維素內部，可以合成性能優異的導電高分子膜。但這種吸附法制備的導電膜材料其中的碳納米管多聚集于膜的表面，極其容易脫落，不具備可重復利用性。袁國輝等人專利技術了細菌纖維素／活性碳纖維／碳納米管膜材料（CN105140042A）和細菌纖維素／聚苯肢／碳納米管導電膜材料（CN105111507A），他們將細菌纖維素打漿粉碎后結合導電聚合物制備膜材料，雖然具有一定的導電性，但膜材料的力學性能嚴重降低。蔡志江等人專利技術了靜電紡細菌纖維素/碳納米管復合納米纖維膜（CN103225173A），但其膜材料制備過程中采用了毒性較大的三氟乙酸作為溶劑進行靜電紡絲，在材料制備過程中會造成環境污染。
技術實現思路
解決的技術問題：本申請提供一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，解決了現有技術中容易脫落、不具備可重復利用性、力學性能差和會造成環境污染等技術問題，所得膜材料具有良好的力學性能和導電性能，且該膜材料的制備工藝簡單、綠色、無污染，適合大批量生產。技術方案：一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，包括以下步驟：第一步：在20~30℃下，將羧基化多壁碳納米管溶解于水中形成羧基化多壁碳納米管水溶液，所述第一步中羧基化多壁碳納米管水溶液的濃度為1~15mg/mL，磁力攪拌后進行超聲分散處理制得羧基化多壁碳納米管分散液；第二步：在20~30℃下，配制HS培養基溶液，加入第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液，經滅菌和超聲處理后，接入木醋桿菌懸浮液后制得細菌纖維素生長原液A；或者在20~30℃下，配制HS培養基溶液，滅菌后，接入木醋桿菌懸浮液，恒溫靜置培養3天或者不經培養得到木醋桿菌/HS培養基混合液，將第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液和木醋桿菌/HS培養基混合液按照體積比例1:1~5混合制得細菌纖維素生長原液B；第三步：將第二步所得的細菌纖維素生長原液A或細菌纖維素生長原液B移入培養皿后，恒溫培養10天一段時間后經堿溶液蒸煮處理得到原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第一步中羧基化多壁碳納米管的管徑在8~100nm，長度在0.5~50μm，羧基含量為0.1~10wt%。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第一步中羧基化多壁碳納米管水溶液中還包括分散劑，羧基化多壁碳納米管水溶液中分散劑的質量濃度為0.1~5wt%，所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯中的一種或幾種。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第一步中磁力攪拌速率為200~500rpm，攪拌時間為5~30min，超聲處理超聲頻率為20~60kHz，超聲時間為15~60min。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第二步所得的細菌纖維素生長原液A或細菌纖維素生長原液B中羧基化多壁碳納米管的濃度為0.1~0.8mg/mL。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述HS培養基溶液配制方法為α-甘露醇25g、胰蛋白胨5g、酵母浸膏3g和去離子水定容至1L，pH調至6.5。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第二步中木醋桿菌懸浮液的培養時間為2~15天，培養溫度為27~32℃。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第二步中加入了羧基化多壁碳納米管分散液的HS培養基溶液液的超聲處理時間為5~30min，超聲頻率為20~60kHz。作為本專利技術的一種優選技術方案：所述第三步中細菌纖維素生長原液A或細菌纖維素生長原液B的體積為5~25mL，恒溫培養溫度為28~33℃，培養時間為4~12天。一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料，由上述技術方案所述的原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法制備而成。有益效果：本申請所述原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：1.本專利技術采用原位培養法制備細菌纖維素導電膜材料，在細菌纖維素的生長過程中羧基化多壁碳納米管依靠氫鍵作用牢固結合在纖維素分子鏈上，可以被完全包覆在細菌纖維素內部，從而杜絕了吸附在細菌纖維素表面的碳納米管易產生的脫落現象，具備可重復利用性且不會造成環境污染；2.本專利技術直接在細菌纖維素的生長過程中包覆羧基化多壁碳納米管，一方面保持了細菌纖維素原有的力學性能，另一方面，多壁碳納米管的存在增強了細菌纖維素的力學性能；3.導電性能優異，該膜材料的制備工藝簡單、綠色、無污染，適合大批量生產；4.本專利技術采用羧基化多壁碳納米管，羧基（-COOH）的存在使得其容易均勻的分散在水溶液中，也容易和細菌纖維素產生氫鍵作用，從而牢固結合在一起。5.羧基化多壁碳納米管的導電性能優良，當其以生物結合的方式固定在細菌纖維素膜上時仍然能夠保持較佳的導電性能，經過發酵后的細菌纖維素，羧基化多壁碳納米管均勻的分布在膜上，干燥后具有良好的導電性。附圖說明：圖1是本申請實施例2產物原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的實物圖。具體實施方式下面結合說明書附圖對本申請的具體實施方式作進一步詳細的說明。實施例1：如圖1所示，一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，包括以下步驟：第一步：在20~30℃下，把管徑16nm、長度14μm、羧基含量2wt%的羧基化多壁碳納米管溶解在水溶液中，400rpm磁力攪拌20min后，在30kHz的超聲頻率下超聲分散處理30min制得羧基化多壁碳納米管分散液。第二步：在20~30℃下，配制HS培養基溶液，所述HS培養基溶液配制方法為α-甘露醇25g、胰蛋白胨5g、酵母浸膏3g和去離子水定容至1L，pH調至6.5，滅菌后，在HS培養基溶液中接入木醋桿菌懸浮液，恒溫靜置得到木醋桿菌/HS培養基混合液；然后，將第一步得到羧基化多壁碳納米管分散液和木醋桿菌/HS培養基混合液混合制得細菌纖維素生長原液，羧基化多壁碳納米管的濃度為0.0.7mg/mL。第三步：將第二步所得的細菌纖維素生長原液取20mL移入培養皿后，29℃恒溫條件下培養12天后經堿溶液蒸煮處理得到原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料。測試所得產物原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管的電導率，測試結果如表1所述。實施例2第一步：在20~30℃下，把管徑8nm、長度12μm、羧基含量2.5wt%的羧基化多壁碳納米管溶解在水溶液中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基苯磺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步：在20~30℃下，將羧基化多壁碳納米管溶解于水中形成羧基化多壁碳納米管水溶液，所述第一步中羧基化多壁碳納米管水溶液的濃度為1~15mg/mL，磁力攪拌后進行超聲分散處理制得羧基化多壁碳納米管分散液；第二步：在20~30℃下，配制HS培養基溶液，加入第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液，經滅菌和超聲處理后，接入木醋桿菌懸浮液后制得細菌纖維素生長原液A；或者在20~30℃下，配制HS培養基溶液，滅菌后，接入木醋桿菌懸浮液，恒溫靜置培養3天或者不經培養得到木醋桿菌/HS培養基混合液，將第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液和木醋桿菌/HS培養基混合液按照體積比例1:1~5混合制得細菌纖維素生長原液B；第三步：將第二步所得的細菌纖維素生長原液A或細菌纖維素生長原液B移入培養皿后，恒溫培養10天一段時間后經堿溶液蒸煮處理得到原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料。

【技術特征摘要】
1.一種原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步：在20~30℃下，將羧基化多壁碳納米管溶解于水中形成羧基化多壁碳納米管水溶液，所述第一步中羧基化多壁碳納米管水溶液的濃度為1~15mg/mL，磁力攪拌后進行超聲分散處理制得羧基化多壁碳納米管分散液；第二步：在20~30℃下，配制HS培養基溶液，加入第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液，經滅菌和超聲處理后，接入木醋桿菌懸浮液后制得細菌纖維素生長原液A；或者在20~30℃下，配制HS培養基溶液，滅菌后，接入木醋桿菌懸浮液，恒溫靜置培養3天或者不經培養得到木醋桿菌/HS培養基混合液，將第一步制得的羧基化多壁碳納米管分散液和木醋桿菌/HS培養基混合液按照體積比例1:1~5混合制得細菌纖維素生長原液B；第三步：將第二步所得的細菌纖維素生長原液A或細菌纖維素生長原液B移入培養皿后，恒溫培養10天一段時間后經堿溶液蒸煮處理得到原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料。2.根據權利要求1所述原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，其特征在于：所述第一步中羧基化多壁碳納米管的管徑在8~100nm，長度在0.5~50μm，羧基含量為0.1~10wt%。3.根據權利要求1所述原位細菌纖維素/羧基化多壁碳納米管膜材料的制備方法，其特征在于：所述第一步中羧基化多壁碳納米管水溶液中還包括分散劑，羧基化多壁碳納米管水溶液中分散劑的質量濃度為0.1~5wt%，所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯中的一種或幾種。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王清清，董建成，魏取福，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32