一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备与方法技术

本发明专利技术提供了一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备和方法，该设备主体包括微生物发酵反应器、雾化喷头、空气压缩泵、空气滤菌器以及自动喷雾控制系统；制备过程包括以下步骤：A)将菌株接至液体培养基中，培养；B)将步骤A)得到的液体菌种通过雾化喷头喷洒至发酵反应器底部，发酵后得到细菌纤维素薄膜；C)将液体培养基与纳米颗粒分散液同时或交替通过雾化喷头喷洒至细菌纤维素薄膜表面，以一定的间隔时间重复喷洒液体培养基和或纳米颗粒分散液，培养后得到细菌纤维素/纳米颗粒复合薄膜。采用本发明专利技术设备和方法，可实现生物纤维素与纳米颗粒的均匀复合，得到功能性复合材料，拓展了生物纤维素组分，绿色环保且易于规模化生产。

A device and method for the preparation of bacterial cellulose / nano particle composite membrane

【技术实现步骤摘要】
一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备与方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备与方法。
技术介绍
纤维素资源是自然界中最丰富的可再生资源之一，而纤维素中的细菌纤维素由于纯度高、结晶度高、生物相容性好以及高强度等许多优越的性质而受到了广泛的研究，因此，细菌纤维素除了在生物医药、电子产品以及能源材料等很多方面有广泛的应用外，其还由于纤维表面丰富的羟基，容易和其他材料发生复合，因而细菌纤维素的三维纳米网络框架是制备复合多功能材料的优良载体。目前，已有大量研究和文献报道：如何在不破坏细菌纤维素三维网络结构的前提下实现和功能纳米颗粒的复合，比如通过水热和溶剂热等方法，上述方法均在纤维素表面原位生长功能性纳米颗粒，实现其在能源或者催化等领域的应用。然而，这些方法均需要高温或者有害溶剂，且难以实现规模化制备。目前为止，没有关于常温下直接生长复合得到纤维素/纳米颗粒大块宏观膜材料的报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的制备方法，本申请在常温常压下制备了细菌纤维素/纳米颗粒，且可实现生物纤维素与纳米颗粒的均匀复合。有鉴于此，本申请提供了一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的方法，包括以下步骤：A)，将菌株接至液体培养基中，培养，得到液体菌种；B)，将步骤A)得到的液体菌种通过雾化喷头喷洒至发酵反应器底部，发酵后得到细菌纤维素薄膜；C)，将液体培养基与纳米颗粒分散液同时或交替通过雾化喷头喷洒至细菌纤维素薄膜表面，以一定的间隔时间重复喷洒液体培养基和或纳米颗粒分散液，培养后得到细菌纤维素/纳米颗粒复合薄膜。优选的，步骤B)具体为：将步骤A)得到的液体菌种以一定的间隔时间喷洒至微生物发酵反应器底部，每次喷洒时间为3～60s，间隔时间为1～240min，持续喷洒24～48h。优选的，步骤C)具体为：将步骤B)中的液体菌种替换为液体培养基，通过其他雾化喷头喷入纳米颗粒分散液，每个喷头的接通时间为3～60s，间隔时间为1min～400h，培养2～100天，得到细菌纤维素/纳米颗粒复合膜。优选的，步骤C)中所述培养后还包括：将得到的产物在碱液中浸泡后再水洗。优选的，所述液体培养基中包括：2～100g/L的葡萄糖，1～20g/L的蛋白胨，1～20g/L的酵母粉，0.1～2g/L的柠檬酸。优选的，所述纳米颗粒分散液中的纳米颗粒包括碳纳米管、氧化石墨烯、黏土片、氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、二氧化硅纳米球、四氧化三铁纳米颗粒、氧化锌纳米线与金纳米颗粒中的一种或多种。优选的，步骤A)中，所述培养在摇床中进行，所述摇床的转速为80～200rmp/min，所述培养的温度为20～35℃，时间为24～36h。本申请还提供了一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备，包括盛液容器、微生物发酵反应器、雾化喷头、空气压缩泵、空气滤菌器与自动喷雾控制系统；所述盛液容器的出口与所述雾化喷头的入口相连；所述雾化喷头设置于所述微生物发酵反应器的顶端；所述空气压缩泵的出口与所述空气滤菌器的入口相连；所述空气滤菌器的出口与所述自动控制系统的电磁阀相连通；所述自动喷雾控制系统的电磁阀与所述雾化喷头相连通；所述自动喷雾控制系统的控制器与所述自动喷雾控制系统的电磁阀相连通。优选的，所述微生物发酵反应器的底部设置有出液口。优选的，所述雾化喷头为两个以上。本申请提供了一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的方法，具体为：将液体菌种通过雾化喷头喷至发酵反应器底部，形成一层纤维素薄膜之后，再以一定的时间间隔通过雾化喷头重复喷洒液体培养基和或纳米材料分散液，培养后，即得到细菌纤维素/纳米颗粒复合膜。本申请在制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的过程中，首先采用雾化喷头喷洒液体菌种，以使液体菌种在发酵反应器中形成均匀的气溶胶，最终在发酵反应器中生长成均匀的细菌纤维素薄膜；然后再将液体培养基与纳米颗粒分散液通过雾化喷头以一定的时间间隔重复进行喷洒，使其在反应器中形成均匀气溶胶，气溶胶中的营养液成分为微生物生长和分泌纤维素提供营养，并和气溶胶中的纳米颗粒实现均匀复合，最终在常温常压下得到了均匀复合的细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的制备。附图说明图1为本专利技术制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备示意图；图2为本专利技术实施例2制备的直径250mm的细菌纤维素/氧化石墨烯复合膜照片；图3为本专利技术实施例2制备的细菌纤维素/氧化石墨烯复合膜的扫描电子显微镜照片；图4为本专利技术实施例2制备的细菌纤维素/氧化石墨烯复合膜的X射线衍射图；图5为本专利技术实施例3制备的80*80cm的细菌纤维素/碳纳米管膜的照片；图6为本专利技术实施例3制备的细菌纤维素/碳纳米管复合膜的扫描电子显微镜照片；图7为本专利技术实施例3制备的细菌纤维素/碳纳米管的电导率曲线图；图8为本专利技术实施例3制备的细菌纤维素/碳纳米管的拉伸强度曲线图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备，包括盛液容器、微生物发酵反应器、雾化喷头、空气压缩泵、空气滤菌器与自动喷雾控制系统；所述盛液容器的出口与所述雾化喷头的入口相连；所述雾化喷头设置于所述微生物发酵反应器的顶端；所述空气压缩泵的出口与所述空气滤菌器的入口相连；所述空气滤菌器的出口与所述自动控制系统的电磁阀相连通；所述自动喷雾控制系统的电磁阀与所述雾化喷头相连通；所述自动喷雾控制系统的控制器与所述自动喷雾控制系统的电磁阀相连通。如图1所示，图1为本专利技术制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的设备，其中1为发酵反应器，2为雾化喷头，3为空气压缩泵，4为空气滤菌器，5为自动控制系统。本申请中所述盛液容器、微生物发酵反应器、雾化喷头、空气压缩泵、空气滤菌器与自动控制系统均为本领域技术人员熟知的设备，此处不进行特别的限制。具体的，所述微生物发酵反应器底部设置有出水口，顶盖安装有两个或多个雾化喷头，所述微生物发酵反应器的材质可为玻璃、塑料、不锈钢或其它常用材质，对此本申请没有特别的限制。本申请所述雾化喷头为能将液体与压缩空气雾化形成气溶胶的设备，其可为气液两相喷头，也可为其它雾化喷头，对此本申请没有特别的限制。所述空气压缩泵为市场上可购买的空气压缩泵，所述空气滤菌器为市场上可购买的空气滤菌器，如医药生产车间用滤菌器等。本申请所述盛液容器为本领域技术人员常采用的容器，可以为锥形瓶、可以为烧瓶，对此本申请没有特别的限制。本申请所述自动喷雾控制系统包括控制器与电磁阀，其中控制器可设定接通时间和间隔时间，以控制电磁阀的接通或关闭，进而控制喷头的喷液情况。按照本专利技术，所述盛液容器通过管路与设置于发酵反应器顶部设置的雾化喷头相连，空气压缩泵与空气滤菌器通过管路相连，空气滤菌器通过管路与自动控制系统的电磁阀相连，同时电磁阀与雾化喷头通过管路相连，自动控制系统的自动控制器与电磁阀通过线路相连通。在上述设备运行时，空气进入空气压缩泵，通过空气滤菌器的滤菌作用后得到的空气通过管路进入自动控制系统的电磁阀，再通过电磁阀的另一管路连接到雾化喷头，和液体一起起雾形成气溶胶；而电磁阀的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的方法，包括以下步骤：A)，将菌株接至液体培养基中，培养，得到液体菌种；B)，将步骤A)得到的液体菌种通过雾化喷头喷洒至发酵反应器底部，发酵后得到细菌纤维素薄膜；C)，将液体培养基与纳米颗粒分散液同时或交替通过雾化喷头喷洒至细菌纤维素薄膜表面，以一定的间隔时间重复喷洒液体培养基和或纳米颗粒分散液，培养后得到细菌纤维素/纳米颗粒复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种制备细菌纤维素/纳米颗粒复合膜的方法，包括以下步骤：A)，将菌株接至液体培养基中，培养，得到液体菌种；B)，将步骤A)得到的液体菌种通过雾化喷头喷洒至发酵反应器底部，发酵后得到细菌纤维素薄膜；C)，将液体培养基与纳米颗粒分散液同时或交替通过雾化喷头喷洒至细菌纤维素薄膜表面，以一定的间隔时间重复喷洒液体培养基和或纳米颗粒分散液，培养后得到细菌纤维素/纳米颗粒复合薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B)具体为：将步骤A)得到的液体菌种以一定的间隔时间喷洒至微生物发酵反应器底部，每次喷洒时间为3～60s，间隔时间为1～240min，持续喷洒24～48h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C)具体为：将步骤B)中的液体菌种替换为液体培养基，通过其他雾化喷头喷入纳米颗粒分散液，每个喷头的接通时间为3～60s，间隔时间为1min～400h，培养2～100天，得到细菌纤维素/纳米颗粒复合膜。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤C)中所述培养后还包括：将得到的产物在碱液中浸泡后再水洗。5.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述液体培养基中包括：2～100g/L的葡萄糖，1～20g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，管庆方，梁海伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34