生物質(zhì)焦油—pan纖維材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以生物質(zhì)焦油和聚丙烯腈(PAN)為原料，利用靜電紡絲工藝所制備的具有抗菌性能的纖維材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤炭、石油、天然氣等儲(chǔ)量日益減少，環(huán)境污染日益惡化的今天，大力發(fā)展可再生自然資源的利用和研究，以替代傳統(tǒng)的石油基高分子材料，具有重要的戰(zhàn)略意義。
[0003]生物質(zhì)能源，由于其獨(dú)特的性質(zhì)，如豐富的原料、可再生性、以及碳平衡性等優(yōu)勢(shì)，正引起越來(lái)越多的關(guān)注。通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，如熱解和氣化可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體，可用于產(chǎn)生熱、電和工業(yè)所需要的基礎(chǔ)化學(xué)原料等。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生焦油類的副產(chǎn)物，稱為生物質(zhì)焦油(tar)，生物質(zhì)焦油需要從生產(chǎn)氣體中除去，以避免在下游設(shè)備和終端應(yīng)用產(chǎn)生堵塞問(wèn)題。但是由于生物質(zhì)焦油難以降解，因而隨意放置也會(huì)造成環(huán)境污染。
[0004]目前針對(duì)生物質(zhì)焦油的常規(guī)處理方法主要是利用蒸汽和催化劑對(duì)生物質(zhì)焦油進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，然而這些方法操作過(guò)程復(fù)雜，價(jià)格昂貴，還要消耗大量化學(xué)藥品，重復(fù)利用價(jià)值較低。因此，生物質(zhì)焦油綜合利用技術(shù)的開發(fā)對(duì)生物質(zhì)和生物能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?？紤]到生物質(zhì)焦油的化學(xué)組成和高的碳含量特征，應(yīng)該盡可能使其作為一種生物資源加工成材料，而不必作為廢物處理掉。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，靜電紡絲已經(jīng)成為一個(gè)簡(jiǎn)單且通用的采用有機(jī)和無(wú)機(jī)材料來(lái)制備多功能纖維材料的方法，通過(guò)此技術(shù)可獲得直徑從幾十納米到幾微米的纖維。通過(guò)靜電紡絲所制備的纖維材料具有諸多優(yōu)異的特性，比如小尺寸、大比表面積、多尺度孔隙率和高度靈活性的表面基團(tuán)官能化，因而通過(guò)靜電紡絲工藝所制備的纖維材料在吸附材料、過(guò)濾裝置、光電器件、傳感器、組織工程和抗菌材料等方面具有廣泛的應(yīng)用。
[0006]已有研究表明，將焦油分散在四氫呋喃后，可以采用靜電紡絲方法制備纖維材料，然而由于焦油的低分子量以及在溶劑中的低溶解度，導(dǎo)致紡絲液粘度較低，使通過(guò)該方法得到的纖維材料表面有較多凸起，不夠平滑。因而尚需進(jìn)一步改進(jìn)，從而為生物質(zhì)焦油的綜合利用開發(fā)提供新的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明主要目的是提供一種生物質(zhì)焦油開發(fā)利用的新途徑，具體而言是提供一種以生物質(zhì)焦油和聚丙烯腈(PAN)為原料的纖維材料，該材料具有較好的抗菌性能，采用靜電紡絲工藝制備而成。
[0008]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0009]利用靜電紡絲工藝所制備的生物質(zhì)焦油一PAN纖維材料，該材料采用靜電紡絲工藝制備而成，纖維材料中生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的30~100%。
[0010]利用靜電紡絲工藝所制備的生物質(zhì)焦油一PAN纖維材料，其制備方法包括以下步驟:
(1)將PAN溶解于DMF(N, N—二甲基甲酰胺)中，得到PAN的DMF溶液；優(yōu)選PAN的DMF溶液質(zhì)量濃度為10% ；
(2)將干燥的生物質(zhì)焦油粉末加入DMF(N，N—二甲基甲酰胺)中，劇烈攪拌，得到生物質(zhì)焦油的DMF懸浮液；優(yōu)選通過(guò)磁力攪拌方式劇烈攪拌24h ；
(3)將步驟(I)中PAN的DMF溶液與步驟(2)中的生物質(zhì)焦油的DMF懸浮液按比例復(fù)配，制得混合懸浮液，優(yōu)選超聲分散30min ；
所述復(fù)配后混合懸浮液中，生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的30~100% ;優(yōu)選生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的30~50% ；
(4)注射器取步驟(3)中復(fù)配后的混合懸浮液，靜電紡絲，紡絲參數(shù)優(yōu)選設(shè)置如下: 針頭直徑為0.413_ ;混合懸浮液通過(guò)注射泵針頭流量為0.5 mL/h ；
靜電電壓為15~20KV ;紡絲距離為15~25cm ;紡絲溫度為20~35°C;相對(duì)濕度為50~65% ；干燥溫度為60°C ；
優(yōu)選紡絲參數(shù)設(shè)置為:靜電電壓為20KV ;紡絲距離為20cm ;紡絲溫度為25°C;相對(duì)濕度為60% ;千燥溫度為60 °C。
[0011 ] 本發(fā)明制備的靜電紡絲纖維材料在氣體及液體過(guò)濾材料、水中污染物及重金屬離子吸附，抗菌性傷口披覆膜等方面具有潛在應(yīng)用前景。
[0012]已有研究表明，從生物質(zhì)氣化中得到的生物質(zhì)焦油主要由酚類、芳族化合物、呋喃、脂族化合物和酯類構(gòu)成。元素分析表明，生物質(zhì)焦油具有較高的Η/C和0/C及較低的芳族類化合物比例，與石化燃料相比，更容易被氧化，這就意味著生物質(zhì)焦油更具反應(yīng)性。在纖維材料制備領(lǐng)域，已有較多關(guān)于從煤炭和石油中所獲得的焦油或浙青進(jìn)行纖維制造的研究，但是尚未見到有關(guān)使用熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的生物質(zhì)焦油來(lái)制備纖維材料的報(bào)道。
[0013]聚丙烯腈(PAN)是靜電紡絲工藝中一種常用的原材料。本發(fā)明通過(guò)采用生物質(zhì)焦油作為原料，部分替代了 PAN原料的使用。以生物質(zhì)焦油和PAN為原料采用靜電紡絲工藝所制備的纖維材料，通過(guò)改變紡絲液中生物質(zhì)焦油的含量，可以較好地調(diào)節(jié)所制備纖維材料的直徑以及所制得的纖維膜的孔隙率和比表面積，而且所制備的纖維材料具有較為平滑的表面，同時(shí)由于生物質(zhì)焦油成份中的苯酚類衍生物的存在，使得所制備的纖維材料具有一定的抗菌性能，較好地實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)焦油的整體利用，為生物質(zhì)焦油的綜合開發(fā)利用提供了新的途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為相關(guān)實(shí)施例所制備的纖維材料的SEM圖，其中圖A為對(duì)比例即復(fù)配混合懸浮液中生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的0%的SEM圖；圖B為實(shí)施例1即復(fù)配混合懸浮液中生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的30%的SEM圖；圖C為實(shí)施例2即復(fù)配混合懸浮液中生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的50%的SEM圖；圖D為實(shí)施例3即復(fù)配混合懸浮液中生物質(zhì)焦油的質(zhì)量為PAN質(zhì)量的100%的SEM圖；
圖2為抗菌性能檢測(cè)結(jié)果，其中圖A~C分別為對(duì)比例、實(shí)例2、實(shí)例3所制備的纖維材料在金黃色葡萄球菌培養(yǎng)基中抗菌能力示意圖；圖D~F分別為對(duì)比例、實(shí)例2、實(shí)例3所制備的纖維材料在大腸桿菌培養(yǎng)基中抗菌能力示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0016]介紹具體實(shí)施例前需要說(shuō)明的是，實(shí)施例中所用生物質(zhì)焦油購(gòu)于山西西溝生物質(zhì)燃?xì)鈴S，由玉米秸桿在500~60(TC條件下氣化制得。
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例所提供的利用靜電紡絲工藝所制備的生物質(zhì)焦油一PAN纖維材料，其制備方法包括以下步驟:
(1)將PAN溶解于DMF(N，N—二甲基甲酰胺)中，得到質(zhì)量濃度為10%的PAN的DMF溶液；
(2)將干燥的生物質(zhì)焦油粉末加入DMF(N, N—二甲基甲酰胺)中，磁力攪拌劇烈攪拌24h，得到生物質(zhì)焦油的DMF懸浮液，由于將