[发明专利]稻秆源醋酸纤维素电纺制备柔性多孔炭纤维膜的方法及得到的柔性多孔炭纤维膜和其应用

说明书

本发明属于炭纤维材料技术领域，具体涉及一种基于稻秆源醋酸纤维素电纺制备柔性多孔炭纤维膜的方法及得到的柔性多孔炭纤维膜和其应用。该方法包括以下步骤：1)采用静电纺丝法制备稻秆源醋酸纤维素与聚乙烯吡咯烷酮的柔性复合纤维膜；2)将步骤1)得到的柔性复合纤维膜洗去其中的聚乙烯吡咯烷酮，并脱乙酰化，得到多孔纤维素膜；3)将步骤2)得到的所述多孔纤维素膜进行煅烧，得到柔性多孔炭纤维膜。本发明所提供的柔性多孔炭纤维膜具有很高的比表面积，高吸附容量，且循环稳定性好。

技术领域

本发明属于炭纤维材料技术领域，具体涉及一种基于稻秆源醋酸纤维素电纺制备柔性多孔炭纤维膜的方法及得到的柔性多孔炭纤维膜和其应用。

背景技术

纳米纤维天然具高比表面积，然而对于纳米纤维的形态和结构而言，静电纺丝技术的高效和有序利用以及静电纺丝参数的影响还有待优化。电纺纤维在组织工程、伤口敷料、酶固定化等方面有着广泛的应用。纤维素作为最环保的可用聚合材料，在自然界中大量存在，足够被用于静电电纺。纤维素的应用遇到了许多障碍，由于分子间和分子内存在氢键，导致其在一般有机溶剂中的溶解度有限。为了克服这些障碍，纤维素衍生物得到了广泛的研究。在这些衍生物中，醋酸纤维素(CA)被广泛应用于电纺纤维的制备，然后通过脱乙酰转化为纤维素纤维。CA因其具有较好的生物相容性、可降解性、不溶于水、机械性能、无毒、较低的成本和优异的耐化学性等优点，也越来越受到人们的重视。CA具有广泛的应用前景，如抗菌膜、成丝基质、柔性膜、生物医学纳米复合材料、亲和膜、生物医学分离等。但CA电纺材料有待进一步的发展。一方面，聚丙烯腈（PAN）常被用作高分子聚合物用于电纺制备炭纤维，但PAN成本昂贵。另一方面，林木资源匮乏，为节约林木源纤维素，需开发林业源纤维素的替代物。基于稻秆组分分离出纤维素，经乙酰化处理制备适合静电纺的稻秆源醋酸纤维素，CA作为天然高分子纤维素的衍生产物，具有生物可降解性、无污染和无毒等优势，特别适合作为高分子聚合物电纺制备醋酸纤维素，再经脱乙酰化处理得到纤维素纤维，经预氧化和高温炭化处理制得炭纤维。因此，稻秆源醋酸纤维素可替代聚丙烯腈和林木资源醋酸纤维素用于电纺制备炭纤维具有显著的优越性。此外，常见的制备高比表面积炭材料的方法常使用强碱氢氧化钾作为活化剂，在管式炉煅烧时氢氧化钾的存在严重腐蚀石英管和设备，因此需要探索先进的技术路线，不使用活化剂氢氧化钾即可制备高比表面积的炭材料。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于稻秆源醋酸纤维素电纺制备柔性多孔炭纤维膜的方法及得到的柔性多孔炭纤维膜和其应用。

本发明所提供的技术方案如下：

一种基于稻秆源醋酸纤维素电纺制备柔性多孔炭纤维膜的方法，包括以下步骤：

1）采用静电纺丝法制备稻秆源醋酸纤维素（CA）与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的柔性复合纤维膜；

2）将步骤1）得到的柔性复合纤维膜洗去其中的聚乙烯吡咯烷酮，并脱乙酰化，得到柔性多孔纤维素膜；

3）将步骤2）得到的所述多孔纤维素膜进行煅烧，得到柔性多孔炭纤维膜。

具体的，步骤1）具体包括以下步骤：

1a）获取二氯甲烷和冰醋酸组成的混合溶剂，并向其中加入稻秆源醋酸纤维素与聚乙烯吡咯烷酮，得到纺丝溶液，其中，二氯甲烷与冰醋酸的体积比为(1.8～2.2):1，稻秆源醋酸纤维素与聚乙烯吡咯烷酮的重量比为(9～7): (1～3) ，纺丝溶液中的固含量为11～13wt%；

1b）将步骤1a）得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝参数设置分别为：纺丝负电压-4.5～-5.5kV，纺丝正电压9～11kV，接收距离14～16 cm，纺丝温度25-27 ℃，湿度38～42%左右，纺丝液流速0.35～0.45μl/min，然后将得到的复合膜干燥，得到柔性复合纤维膜。