一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种TEMPO氧化细菌纤维素/羟基磷灰石超长纳米线复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术主要涉及生物材料
，具体为一种
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]细菌纤维素（
bacterial cellulose, BC
）是一种主要由醋酸杆菌属等中的某种微生物合成的天然高分子聚合物，与植物纤维素相比，其具有许多独特的理化性质，如高纯度（无木质素和其他细胞壁成分）
、
高结晶度（高达
95%
）
、
高聚合度（高达
8000
）；纳米纤维束相互交织形成的三维超精细网络结构；高弹性模量和抗张强度；超高的持水能力；良好的生物相容性和生物可降解性等
。
并且由于“纳米效应”，
BC
膜还具有高吸水性和高保水性，良好的液体和气体透过性，以及在湿态下很强的原位可塑性等特性
。
因此，近年来
BC
成为被广泛研究的一种新型纳米生物材料
。TEMPO
氧化体系是一种有效的纤维素选择性氧化体系，其可以在水溶液中选择性氧化纤维素伯醇羟基生成羧基基团，反应条件温和，能耗较低
。
将
TEMPO
氧化纤维素再经过均质处理便能够制得尺寸均一，长径比大，分散性好的高打浆度纳米纤维素，同时纤维表面暴露出更多的羟基且带有负电荷，现已成为温和条件下醇选择氧化和纳米纤维素制备的主要方法
。
[0003]羟基磷灰石（
[Ca
10
(PO4)6(OH)2]，
HAP
）是一种在生物体内自然矿化形成的天然无机矿物，是脊椎动物牙齿和骨骼等硬组织的主要无机成分，凭借优异的生物相容性和离子交换特性，在生物医药和环境修复等领域有着广泛的应用
。
据现有文献报道可知，利用不同方法合成出的
HAP
形貌
、
尺寸对其性能和应用具有较大的影响
。
传统的
HAP
材料脆性高，稳定性差
、
易溶出，而纤维状的一维
HAP
纳米线材料易于形成三维网络状结构，在实现自我支撑的同时也使得组装而成的材料具有更好的柔韧性和增强的力学性能
。
[0004]膜分离技术作为一种高效节能环保的革新技术，已然成为解决水资源紧缺及水体污染的重要途径
。
作为膜分离技术的核心，膜材料的制备越来越受到人们的重视，选择合适的膜材料是决定滤膜高效分离过程的关键因素
。
目前研究和应用较多的滤膜材料主要包括纤维素基滤膜
、
聚酰胺基滤膜
、
聚醚砜基滤膜
、
聚丙烯腈滤膜和无机陶瓷滤膜等
。
高聚物滤膜通常取材广
、
成本低
、
韧性好
、
制膜工艺简单，但存在着耐热性差
、
使用期限短
、
膜易被污染和清洗后难以恢复等缺点
。
而陶瓷滤膜耐温耐压
、
机械强度高
、
使用寿命长
、
清洗后膜性能易还原，但其制造成本较高
、
工艺复杂
、
脆性大
。
因此，通过制备有机
‑
无机纳米复合材料不仅可以结合有机组分和无机组分各自的优势，而且基于纳米结构组装的两种组分在纳米尺度下的相互作用还能产生额外的性能提升，使得所获的滤膜具备环境友好
、
多功能性
、
高渗透性和快速过滤等理想性能
。
[0005]文献1（
Bacterial cellulose membranes for environmental water remediation and industrial wastewater treatment
，
A. A. Alves et al. International Journal of Environmental Science and Technology 17 (2020) 3997
‑
4008
）报道了细菌纤维素膜作为过滤器用于实际水体修复，测试了膜对大肠杆菌悬浮液以及来自乳制品和纺织厂的工业废水的过滤效果
。
结果表明这些膜可有效拦截大肠杆菌和染料，并且具有良好的重复使用性
。
但对于分离膜来说，水通量
、
粒子截留率是评价膜材料基本性能的标准
。
该文并没有展示细菌纤维素膜的水通量等相关测试数据，且对染料的截留率略低，功能单一，不适用于复杂水环境下多种污染物的过滤
。
[0006]文献2（
Tuning the synthetic conditions of graphene oxide/magnetite/hydroxyapatite/cellulose acetate nanofibrous membranes for removing Cr(VI), Se(IV) and methylene blue from aqueous solutions, Reem Al
‑
Waf et al. Journal of Water Process Engineering 38 (2020) 101543
）报道了以氧化石墨烯
、
纳米磁铁矿和羟基磷灰石为填料的醋酸纤维素静电纺丝纳米纤维膜（
GO/MNPs/HAP@CA
）对代表性污染物
Cr(VI)、Se(IV)
和亚甲基蓝的去除性能
。
然而制备过程繁琐，制作成本较高，且表征结果显示电纺出的纤维直径大小不一，颗粒团聚，同时复合膜的机械强度较低
。
[0007]综上，现有滤膜材料存在力学性能差
、
过滤效率低等技术问题
。

技术实现思路

[0008]本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，主要提供了一种
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜及其制备方法和应用，用以解决上述
技术介绍
中提出的现有滤膜材料力学性能差
、
过滤效率低等技术问题
。
[0009]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：由于传统的羟基磷灰石材料脆性高，在对污染物的吸附过程中稳定性差
、
易溶出，且吸附容量小
。
而
TEMPO
氧化的细菌纤维素再经过均质处理便能够制得尺寸均一，长径比大，分散性好的高打浆度纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）采用4‑
乙酰胺基
‑
TEMPO/NaClO/NaClO2体系将细菌纤维素膜氧化，然后通过超高速通用均质机均质成浆状，制得
TEMPO
氧化细菌纤维素纳米纤维；（2）以油酸钠为前驱体，氯化钙为钙源，磷酸盐为磷源，搅拌混合形成乳白色悬浮液，将形成的乳白色悬浮液转移到不锈钢高压反应釜中，待反应结束后，冷却至常温，用乙醇和去离子水对产物羟基磷灰石超长纳米线进行多次冲洗
、
离心，制得羟基磷灰石超长纳米线水溶液；（3）将步骤（1）制得的
TEMPO
氧化细菌纤维素纳米纤维与步骤（2）制得的羟基磷灰石超长纳米线水溶液混合，随后用涡旋振荡器高速混匀，然后将混匀后的混合浆料倒入砂芯过滤装置中进行真空抽滤，最后放入真空干燥箱中干燥，制得
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜
。2.
根据权利要求1所述的一种
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中细菌纤维素膜氧化的反应温度为
60 ℃
，氧化时间为
12
～
36 h。3.
根据权利要求1所述的一种
TEMPO
氧化细菌纤维素
/
羟基磷灰石超长纳米线复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中超高速通用均质机速度为
3000
～
8000 rpm
，均质时间为3～
8 min。4.
根据权利要求1所述的一种
TEMPO
氧化细菌纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡颖，岳珉，洪亚军，刘莎莎，陈赛赛，唐海，孙东平，董静雅，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：