[發明專利]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

在審

• 申請號: 201710166433.8
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106905562A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 王清清;董建成;魏取福
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08K9/04;C08K7/24;C08J5/18;C12P19/04;C12R1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及導電材料制備技術領域，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。

背景技術

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，Yoon S H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。袁國輝等人發明了細菌纖維素／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。蔡志江等人發明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。

發明內容

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。

作為本發明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%。

作為本發明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。

作為本發明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。

作為本發明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。

作為本發明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。

作為本發明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℃。

作為本發明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。

作為本發明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。