[发明专利]一种细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜及其制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

纤维素主要来源于植物的光合作用、人工合成和细菌发酵。植物光合作用合成的纤维素伴有木质素和半纤维杂质，需经复杂的预处理才能应用。人工合成的纤维素由于其聚合度较低，利用率低。细菌纤维素(BC)是细菌分泌物，由单纯的葡萄糖缩聚而成，其纤维含量和聚合度都较高，且不含木质素等杂质。

近年来，各种方法用于细菌纤维素与导电物质的复合，如掺杂、表面包覆及原位培养等。文献1(Haihua Wang,etc..Preparation and characterization of polypyrrole/cell-ulose fiber conductive composites doped with cationic polyacrylate of different charge density.Cellulose,2015,22:3305–33)报道了一种以阳离子聚丙烯酸酯作为掺杂剂，FeCl₃作为氧化剂，将聚吡咯和纤维素掺杂在一起的方法，所制备的微米级复合材料具有很好的导电性，但是操作条件不易控制，复合程度不高，材料的强度欠佳，制备过程中能量损失较大。中国专利201310280034.6公开了一种聚吡咯PPy纳米纤维素NCCs复合膜电极材料的制备方法，将植物纤维素依次在NaOH、NaClO和H₂SO₄溶液中加热，经过电解反应制得复合膜，然而该方法采用植物纤维素，预处理繁杂，需反复加热、电解，能耗高，影响因素较多，不易操控。中国专利申请201510323596.3公开了一种用于钠离子电池的二氧化锰/掺氮碳纤维负极复合材料及其制备方法，细菌纤维素经过热处理碳化后，加入高锰酸钾和含氮化合物，得到含有二氧化锰的导电复合膜，但是二氧化锰只附着在细菌纤维素表面，未能产生包覆效果，同时碳化的细菌纤维素失去了原有的强度，膜容易破碎。

综上所述，现有的纤维素导电复合膜导电效果均不理想，复合过程中掺杂量不易调控，同时存在力学强度差，不适于后期应用等问题，因此研制一种掺杂效果好、力学强度优异的复合膜十分必要。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜及其制备方法，该复合膜中二氧化锰和聚吡咯均匀分散于絮状细菌纤维素基体中，提高了复合膜的导电性能的稳定性及电阻均匀性，同时保持了絮状细菌纤维素基体的力学强度。

本发明的技术方案如下：

一种细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜，所述的复合膜通过以絮状细菌纤维素为基体，经碱浸泡、除杂预处理后，加入高锰酸钾溶液和吡咯氧化还原成二氧化锰和聚吡咯，最终抽滤后制得，所述的复合膜中聚吡咯、二氧化锰均匀分散于细菌纤维素纳米纤维基体中，所述的复合膜中高锰酸钾与吡咯的质量比为1:2～10，细菌纤维素和高锰酸钾的质量比为1：10～20。

上述复合膜中，聚吡咯稳定性好、易于电化学制备成膜且低毒害，二氧化锰在中性的水系电解液中、较宽的电位窗口下表现出良好的电容性质，复合膜具有较好的亲水性以及力学强度。

一种细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜的制备方法，利用絮状细菌纤维素，在碱处理脱色、除杂预处理后的絮状细菌纤维素中添加高锰酸钾和吡咯，高锰酸钾和吡咯氧化还原成二氧化锰和聚吡咯，超声搅拌使细菌纤维素、二氧化锰和聚吡咯充分混合，最终抽滤成膜，具体步骤如下：

步骤1，将絮状细菌纤维素经碱处理脱色、除杂后干燥；

步骤2，按高锰酸钾与吡咯的质量比为1:2～10、细菌纤维素和高锰酸钾的质量比为1：10～20在质量浓度为0.2％～1％的高锰酸钾溶液中加入吡咯和干燥的细菌纤维素，超声搅拌反应，使细菌纤维素、二氧化锰和聚吡咯充分混合；

步骤3，将步骤2所得的混合液进行减压过滤，制得细菌纤维素/二氧化锰/聚吡咯复合膜。

步骤1中，所述的细菌纤维素膜为由葡糖杆菌动态发酵、经灭菌、除杂以及脱色后制得的固态絮状细菌纤维素，所述的干燥时间为2～5h。

步骤2中，所述的超声时间为20～30min。

步骤3中，所采用的过滤面密度为10～15g/m²。