[發明專利]一種制備g-C3

有效

• 申請號: 201811089346.8
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109126896B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 王樂;位啟先;王文騰
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種制備g?C₃N₄和碳纖維復合載體的方法，取一定量的含氮有機物加入到有機試劑中，混合均勻后，進行靜電紡絲，并將產物進行預氧化和碳化，隨后對產物進行氧化處理，即得g?C₃N₄和碳纖維復合載體。本發明制備g?C₃N₄和碳纖維復合載體，具有制備工藝簡單，載體的比表面積、孔徑和表面極性可調控等特點，應用于固定化細胞發酵時，具有較高的固定化效率及發酵穩定性。

技術領域

本發明涉及碳材料技術領域，特別涉及一種制備g-C₃N₄和碳纖維復合載體的方法。

背景技術

碳纖維具有吸附容量大、強度高、濾阻小、不易粉化和密實、耐強酸強堿以及可多次重復使用等優點，是一種穩定性強、生物相容性好的新型載體材料。因其具有優異的結構特征及表面特性，碳纖維作為一種新型的生物固定化載體，逐漸顯示出優良的性能及應用前景。

g-C₃N₄是一種全有機離域π共軛結構的類石墨相氮化碳，帶隙能為2.7 eV。由于離域化的π-π結構，g-C₃N₄在電子轉移過程中擁有較快的光誘導電荷分離和相對較慢的電荷重組特性。g-C₃N₄的存在不僅可以提高發酵過程中的電子轉移效率，而且可以使載體帶有更多的NH基團，NH基團在生理pH下易發生質子化，多以陽離子的狀態存在，易和蛋白質、磷脂等帶負電核的物質發生交聯，有利于增加細胞膜的穩定性，增強細胞對外界環境的適應性。

近年來，國內外為改善碳纖維性能，開發出多種制備碳纖維復合材料的方法，如CN107083584 A采用鋅鹽和聚丙烯腈共同紡絲制備柔性純凈納米碳纖維，其選用鋅鹽的目的是為了降低環化溫度，改善碳纖維的機械性能，在紡絲及預處理過程中未涉及鋅鹽的化學變化。CN108277558 A為解決單獨采用萃取產物紡絲時具有較差可紡性的問題，采用從生物質中萃取的高分子量萃取產物和聚丙烯腈共紡的制備方案得到碳纖維，其紡絲液需要高溫下進行制備并紡絲。《2017中國環境科學學會科學與技術年會論文集(第三卷)》提出了一種生物質碳纖維材料的制備方案，其采用濃硫酸、雙氧水氧化處理后的氧化生物質碳和聚丙烯腈共紡的方案得到生物質碳纖維。CN 105862173 A為解決能源儲存中所使用的商業石墨成本高的問題，采用高聚物堿木質素和聚丙烯腈共同紡絲的工藝制備堿木質素基靜電紡絲碳纖維。上述專利的共同點為紡絲后前驅體的處理過程中不涉及到除聚丙烯腈外其他物質的化學反應。而本申請專利的關鍵一步在于紡絲后前驅體的碳化過程主要涉及含氮有機物的熱解反應，在有機化合物轉變為g-C₃N₄的過程中會產生氣體，這在一定程度上改善了復合載體的孔徑分布及大小，增加了復合載體的比表面積。同時我們采用的原材料為高聚物和較低分子量有機化合物（低分子量的有機化合物在總固體質量比最高可達1/3），且在靜電紡絲過程中有機化合物以原始形態均勻的分布在聚合物中。在后期對復合載體的處理過程中，為引入含氧官能團，可控的調節載體對細胞的粘附力及載體表面的生物相容性，我們基于羥基自由基具有較強的氧化能力，對復合載體進行氧化處理，其氧化處理過程易于控制、清潔、高效、幾乎無污染產生。