專利名稱：一種纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素/碳納米管(含單壁與多壁(n = 2-20))通過高壓靜電進行紡絲成膜的制備方法，屬于電活性材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
纖維素是地球上分布最廣、年產(chǎn)量最大的天然生物源高分子材料，是真正的可持續(xù)的、不可消耗的天然原料。纖維素具有很多獨特的性能，如親水性、旋光性、生物相容性等。纖維素最普通、最重要的來源主要是棉花和木材，此外，麻、麥桿、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的豐富來源，這些通過植物獲取的纖維素稱之為植物纖維素。1886Βι.ο η首次發(fā)現(xiàn)細菌也可以合成纖維素，這些由醋酸桿菌屬、根瘤菌屬、土壤桿菌屬、八疊球菌屬等的某些細菌在一定條件下產(chǎn)生的纖維素稱為細菌纖維素。其中最有代表性的細菌是木醋桿菌，它是一種棒狀的革蘭氏陰性菌株，非常適宜用來發(fā)酵生產(chǎn)細菌纖維素、且產(chǎn)率較大。與植物纖維素相比，細菌纖維素具有一些獨特的優(yōu)勢:純度高、結(jié)晶度大、優(yōu)異的機械性能、良好的持水性能和親水性、具有生物親和性和生物相容性。其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要有:醫(yī)用材料、食品工業(yè)、造紙工業(yè)、電子設(shè)備等。尤其是近年來細菌纖維素作為電活性材料在傳感器研究中已引起人們的重視。碳納米管 是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，在工程材料的納米增強體、半導(dǎo)體材料、催化劑載體、納米復(fù)合材料等方面存在廣闊的潛在應(yīng)用價值。此外，碳納米管具有良好的共軛體系、高的電子親和能與離子化能、光穩(wěn)定性較強、良好的光電性能和物理機械性能使其在改善聚合物材料光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面擁有廣泛的應(yīng)用前景。隨著碳納米管制備技術(shù)的成熟與碳納米管成本的不斷降低，碳納米管的應(yīng)用研究越來越成為研究的重點。如果將碳納米管與細菌纖維素進行分子級復(fù)合，然后進行靜電紡絲，則有望得到具有高電活性性能的電活性材料。目前還沒有涉及具有高電活性性能的纖維素/碳納米管電活性材料的制備及性能方面的報道及專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，以該方法制得材料具有高的電活性性能。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的。一種纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，該方法首先將碳納米管進行酸化處理，使其表面帶有羧基(CNT-COOH)，再將其與溶解在三氟乙酸中的細菌纖維素進行超聲混合，通過靜電紡絲制備具有高電活性性能的復(fù)合納米纖維膜，該方法其特征在于包括以下過程:I)碳納米管溶液制備:將單壁或多壁碳納米管加入到按質(zhì)量HN03/H2S04為1:1的混合酸中，配制成0.01 0.lg/mL的溶液,將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60-90min,過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為5 15mg/mL碳納米管溶液；2)纖維素溶液制備:在室溫下將分子量為20 60萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為3 10%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液；3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.05: I 0.25: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h ；4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10 30kV，注射泵流速0.05 0.3mL/h,接收距離10 20cm，獲得直接為60 150nm纖維膜。本發(fā)明制備方法過程簡單，所獲得纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜具有電導(dǎo)率高、電活性性能好的優(yōu)點。
具體實施例方式實施例1:I)碳納米管溶液制備:將4.0g單壁碳納米管加入到200ml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.02g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為6.0mg/mL碳納米管溶液；2)維素溶液制備:在室溫下將一定分子量為50萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為3.5%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液； 3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.05: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍30kV，注射泵流速0.05mL/h,接收距離20cm，獲得直接為60 70nm纖維膜。實施例2:I)納米管的酸化:將4.0g單壁碳納米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.04g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流70min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為8.0mg/mL碳納米管溶液；2)維素溶液制備:在室溫下將一定分子量為40萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為5%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液；3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液，將碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.1: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h ；4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍25kV，注射泵流速0.lmL/h，接收距離15cm，獲得直接為80 IOOnm纖維膜。實施例3:I)納米管的酸化:將8.0g單壁碳納米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.08g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流90min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為10mg/mL碳納米管溶液；2)維素溶液制備:在室溫下將一定分子量為30萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為7%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液；3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.15: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍20kV，注射泵流速0.2mL/h，接收距離20cm，獲得直接為100 120nm纖維膜。實施例4:I)納米管的酸化:將8.0g單壁碳納米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.08g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流90min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為12mg/mL碳納米管溶液；2)維素溶液制備 :在室溫下將一定分子量為20萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為9%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液；3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.20: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍30kV，注射泵流速0.25mL/h，接收距離15cm，獲得直接為120 150nm纖維膜。
權(quán)利要求
1.一種纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，該方法首先將碳納米管進行酸化處理，使其表面帶有羧基(CNT-COOH)，再將其與溶解在三氟乙酸中的細菌纖維素進行超聲混合，通過靜電紡絲制備具有高電活性性能的復(fù)合納米纖維膜，該方法其特征在于包括以下過程: 1)碳納米管溶液制備:將單壁或多壁碳納米管加入到按質(zhì)量HN03/H2S04為1:1的混合酸中，配制成0.01 0.lg/mL的溶液,將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60-90min,過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為5 15mg/mL碳納米管溶液； 2)纖維素溶液制備:在室溫下將分子量為20 60萬的細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，配制成體積質(zhì)量分數(shù)(g/L)為3 10%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色纖維素三氟乙酸溶液； 3)復(fù)合溶液制備:將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的纖維素三氟乙酸溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.05: I 0.25: I進行混合，并在在室溫下超聲分散2h ； 4)復(fù)合納米纖維膜的制:將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一 定距離處放置豎直接地的鋁箔進行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10 30kV，注射泵流速0.05 0.3mL/h，接收距離10 20cm，獲得直接為60 150nm纖維膜。
全文摘要
本發(fā)明公開可一種纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，屬于電活性材料的制備技術(shù)。該方法包括以下過程首先將碳納米管進行酸化處理，使其表面帶有羧基(CNT-COOH)，再將其分散在去離子水中制成碳納米管溶液；將細菌纖維素溶解于三氟乙酸中，獲得透明淺黃色細菌纖維素三氟乙酸溶液；將碳納米管溶液與細菌纖維素三氟乙酸溶液進行混合，進行靜電紡絲，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距離10～20cm。本發(fā)明制備方法過程簡單，所獲得纖維素/碳納米管復(fù)合納米纖維膜具有電導(dǎo)率高、電活性性能好的優(yōu)點。
文檔編號D01D5/00GK103225173SQ20131018273
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者蔡志江, 樊亞男, 趙世英, 郭杰 申請人:天津工業(yè)大學(xué)