CN105646949B - 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法 - Google Patents

一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105646949B
CN105646949B CN201610162412.4A CN201610162412A CN105646949B CN 105646949 B CN105646949 B CN 105646949B CN 201610162412 A CN201610162412 A CN 201610162412A CN 105646949 B CN105646949 B CN 105646949B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bacteria cellulose
original position
preparation
compounded material
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610162412.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105646949A (zh
Inventor
竹文坤
段涛
姚卫棠
雷佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to CN201610162412.4A priority Critical patent/CN105646949B/zh
Publication of CN105646949A publication Critical patent/CN105646949A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105646949B publication Critical patent/CN105646949B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0091—Complexes with metal-heteroatom-bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/06—Biodegradable

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其步骤为；配制液体培养基，然后接入菌种木醋杆菌，在温度15‑25℃下旋转震荡培养12‑24小时，针孔过滤加入氨基酸螯合亚铁，在温度15‑25℃下旋转震荡培养3‑5天，过滤，用去离子水冲洗，再冷冻干燥，形成的复合材料经气氛炉高温煅烧，自然冷却后取出，得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。本发明制得的材料具有高能量密度，高电催化活性等优点，可用于氧还原反应，燃料电池，超级电容器等领域，并且本发明制备工艺简单，操作方便。

Description

一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于掺杂材料的制备领域，具体涉及一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法。
背景技术
细菌纤维素是通过微生物发酵过程产生的天然纤维，不同于一些复杂设备和大型工厂需求的合成纤维，一般应用于造纸、食品和电子行业。细菌纤维素的产生只需要一些原材料，比如，葡萄糖、果糖、蔗糖、壳聚糖等等，而且这些原材料是可再生能源，可以从陆地上的植物和海洋里的甲壳类动物中获得。近几年，细菌纤维素作为一种新型生物纳米材料，由于其具有价格低廉、机械强度高、比表面高和充足的孔隙率、来源丰富等优势而引起广泛的关注。细菌纤维素本身是一种具有多孔性结构和一定的纳米级孔径分布的材料，其纳米级纤维上具有许多有效的反应活性位点，利用这些活性位点可控制合成具有预期特定形貌或者尺寸的纳米材料。
从铁的吸收转运机制我们可以知道，不论是二价铁离子还是三价铁离子，都必须与内源或外源配位体结合形成络合物，再以此形式吸收并进一步转运，而氨基酸就是这些配位体中较合适的一种。氨基酸螯合亚铁作为一种新型的铁添加剂，具有化学性能稳定、水溶性良好、生物效价高、无毒无刺激性、适口性好、增强机体免疫功能等特性，还可减少与其它微量元素的拮抗。氨基酸螯合亚铁的稳定常数界于4-10之间，这有利于铁的吸收、转运和利用。螯合状态下的微量元素是利用配位体的转运系统，而不是金属的转运系统吸收的，避免了金属离子的竞争拮抗，从而比无机铁有更高的生物利用率，吸收率是无机态微量元素的5-10倍。同时氨基酸螯合亚铁含有氮元素，可以作为氮、铁合掺杂的一种有效原料。
目前做细菌纤维素掺杂的大多是后掺杂，掺杂量一般比较小，而且掺杂元素不能同时进行，制得的复合材料的能量密度以及电催化活性较低。通过氨基酸螯合亚铁和木醋杆菌共生长的方式进行原位掺杂，两种元素可以同时掺杂，避免铁离子对细菌生长的抑制，提高了细菌纤维素的掺杂量。现在技术中，尚未有关一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法的文献报道。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中细菌纤维素在原位掺杂时，三价铁离子对木醋杆菌的抑制，二价铁离子易被氧化成三价铁离子，从而抑制木醋杆菌分泌细菌纤维素等问题。本发明以木醋杆菌分泌的细菌纤维素为原料，原位掺杂进氨基酸螯合亚铁，制得一种细菌纤维素原位掺杂复合材料；该材料具有高能量密度，高电催化活性等优点，可用于氧还原反应，燃料电池，超级电容器等领域。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将葡萄糖、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、酵母膏、蛋白胨加入水中，溶解、混合均匀并调节pH至5-7，在压力100-105千帕蒸汽压、温度115-120℃的条件下维持15-20分钟进行灭菌，即制得液体培养基；其中每100毫升液体培养基中含葡萄糖5-6克、柠檬酸0.1-0.2克、磷酸氢二钠0.2-0.4克、磷酸二氢钾0.1-0.2克、酵母膏0.5-0.7克、蛋白胨0.5-0.7克、余量为水；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为15-25℃、转速为80-200转/分钟的转震条件下培养12-24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入氨基酸螯合亚铁溶液，在温度15-25℃、转速为80-200转/分钟的转震条件下培养3-5天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3～5次，然后在零下40-50℃、真空度1.3-13帕的条件下冷冻干燥48-72小时，得到干燥的固体材料；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50-80毫升/分钟的流量通入保护性气体，同时升温到700-900℃，保温2-4小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
优选的是，所述步骤二中菌种木醋杆菌按体积分数2-10％的接种量接种于液体培养基中。
优选的是，所述步骤二中的氨基酸螯合亚铁为甘氨酸螯合亚铁、蛋氨酸螯合亚铁、谷氨酸螯合亚铁中的一种。
优选的是，所述氨基酸螯合亚铁溶液的浓度为1～10克/毫升。
优选的是，所述氨基酸螯合亚铁的加入量为液体培养基重量的0.5～4％。
优选的是，所述步骤三中的保护性气体为氩气、氮气中的一种。
优选的是，所述步骤三中的气氛炉为旋转气氛炉，所述旋转气氛炉的旋转速度为5～10转/分钟。
优选的是，所述步骤三中升温的速率为2～8℃/分钟。
优选的是，所述步骤三替换为：将干燥的固体材料放到旋转气氛炉中，从室温升至100℃抽真空，保温10～30分钟，然后以50-80毫升/分钟的气流速度通入保护性气体，以2～5℃/分钟的速度升温至200～400℃，保温30～60分钟，然后以1～2℃/分钟的速度升温至500～700℃，保温30～60分钟，然后以0.5～1℃/分钟的速度升温至800～900℃，保温2～4小时，制得细菌纤维素原位掺杂复合材料；所述旋转气氛炉的旋转速度为5～10转/分钟。
优选的是，所述升温采用微波加热升温，所述微波加热的频率为915兆赫兹。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)采用本发明，细菌纤维素是通过微生物发酵过程产生的天然纤维，与植物或海藻产生的天然纤维具有相同的分子结构单元，细菌纤维素是一种超精细网状结构，结晶度和聚合度高，弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且具有高抗张强度，强持水能力，以及较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性等特点，细菌纤维素本身是一种具有多孔性结构和一定的纳米级孔径分布的材料，其纳米级纤维上具有许多有效的反应活性位点，利用这些活性位点可控制合成具有预期特定形貌或者尺寸的纳米材料。细菌纤维素的产生只需要一些原材料，比如，葡萄糖、果糖、蔗糖、壳聚糖等等，而且这些原材料是可再生能源，可以从陆地上的植物和海洋里的甲壳类动物中获得；
(2)采用本发明，用氨基酸螯合亚铁进行原位掺杂，可以两种元素同时掺杂，避免铁离子对细菌生长的抑制，螯合状态下的铁元素是利用配位体的转运系统，而不是金属离子的转运系统吸收的，避免了金属离子的竞争拮抗，从而比无机铁有更高的生物利用率，铁氮掺杂量是明显提高。
(3)采用本发明，制备的细菌纤维素原位掺杂复合材料具有高能量密度，高电催化活性等优点，可用于氧还原反应，燃料电池，超级电容器等领域。
(4)本发明制备工艺简单，操作方便。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养18小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为3克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到700℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：3.5％、铁掺杂量：3.3％。
实施例2：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养18小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入2毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为2克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到800℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：5.8％、铁掺杂量：4.6％。
实施例3：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养12小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入2毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁以溶液的形式加入，其浓度为2克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到900℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：4.6％、铁掺杂量：3.9％。
实施例4：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养12小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养4天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为2克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到700℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：2.7％、铁掺杂量：2.0％。
实施例5：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养18小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入2毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为3克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到800℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：6.4％、铁掺杂量：4.6％。
实施例6：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖5克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.2克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.5克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养12小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养5天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下40℃、真空度3帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为2克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数2％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以5℃/分钟的速度升温到900℃，保温3小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：3.4％、铁掺杂量：2.6％。
实施例7：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖6克，柠檬酸0.2克，磷酸氢二钠0.3克，磷酸二氢钾0.2克，酵母膏0.6克，蛋白胨0.6克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为5，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为20℃、转速为150转/分钟的转震条件下培养24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下50℃、真空度5帕的条件下冷冻干燥72小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为5克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数4％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以6℃/分钟的速度升温到800℃，保温2小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：4.5％、铁掺杂量：4.2％。
实施例8：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖6克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.4克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.7克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力105千帕蒸汽压、温度115℃的条件下灭菌15分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为200转/分钟的转震条件下培养24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入2毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下50℃、真空度5帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为2克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数5％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以8℃/分钟的速度升温到900℃，保温3小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：5.5％、铁掺杂量：4.8％。
实施例9：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖6克，柠檬酸0.1克，磷酸氢二钠0.4克，磷酸二氢钾0.1克，酵母膏0.7克，蛋白胨0.5克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为6，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力105千帕蒸汽压、温度115℃的条件下灭菌15分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为25℃、转速为200转/分钟的转震条件下培养24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入2毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下50℃、真空度5帕的条件下冷冻干燥48小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为3克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数5％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到旋转气氛炉中，以50毫升/分钟的流量通入氩气，同时以8℃/分钟的速度升温到900℃，保温3小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料；所述旋转气氛炉的旋转速度为5转/分钟。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：6.5％、铁掺杂量：5.5％。
实施例10：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖6克，柠檬酸0.2克，磷酸氢二钠0.3克，磷酸二氢钾0.2克，酵母膏0.6克，蛋白胨0.6克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为5，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为20℃、转速为150转/分钟的转震条件下培养24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下50℃、真空度5帕的条件下冷冻干燥72小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为5克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数4％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到旋转气氛炉中，从室温升至100℃抽真空，保温10分钟，然后以50毫升/分钟的气流速度通入氩气，以2℃/分钟的速度升温至300℃，保温30分钟，然后以1℃/分钟的速度升温至500℃，保温60分钟，然后以0.5℃/分钟的速度升温至900℃，保温3小时，制得细菌纤维素原位掺杂复合材料；所述旋转气氛炉的旋转速度为10转/分钟。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：6.5％、铁掺杂量：5.2％。
实施例11：
步骤一、按照每100毫升液体培养基中含葡萄糖6克，柠檬酸0.2克，磷酸氢二钠0.3克，磷酸二氢钾0.2克，酵母膏0.6克，蛋白胨0.6克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料、溶解、混合均匀并调节pH为5，取250毫升的锥形瓶，在每个锥形瓶中加入125毫升的液体培养基，在压力103千帕蒸汽压、温度120℃的条件下灭菌20分钟，即制得液体培养基；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为20℃、转速为150转/分钟的转震条件下培养24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入1毫升甘氨酸螯合亚铁溶液，在温度20℃、转速为100转/分钟的转震条件下培养3天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3次，然后在零下50℃、真空度5帕的条件下冷冻干燥72小时，得到干燥的固体材料；所述甘氨酸螯合亚铁溶液的浓度为5克/毫升；所述菌种木醋杆菌按体积分数4％的接种量接种于液体培养基中；
步骤三、将干燥的固体材料放到旋转气氛炉中，从室温微波升温至100℃抽真空，保温10分钟，然后以50毫升/分钟的气流速度通入氩气，以2℃/分钟的速度微波升温至300℃，保温30分钟，然后以1℃/分钟的速度微波升温至500℃，保温60分钟，然后以0.5℃/分钟的速度微波升温至900℃，保温3小时，制得细菌纤维素原位掺杂复合材料；所述旋转气氛炉的旋转速度为10转/分钟；所述微波加热的频率为915兆赫兹。
测试结果：细菌纤维素原位掺杂复合材料中氮掺杂量：6.8％、铁掺杂量：5.5％。
实施例7与实施例10相比，实施例10中采用的为程序升温的过程，程序升温能够发挥每个温度段的最大效益，提高掺杂的效果，降低整个过程的平均温度，减少总的能量损失，提高整体的能量利用率，同时，程序升温减少了加热装置在高温下的工作时间，从而降低了对加热装置耐高温特性的要求，提高了加热设备的使用率和可靠性；此外，采用旋转气氛炉，旋转过程能够整合复合材料的形貌。
实施例10与实施例11相比，实施例11中采用微波加热升温，微波是一种具有特殊性质的电磁波，其频率介于无线电波与光波之间，其加热速率快，可使原料在短时内达到所需温度，因此能耗较低，时间也较短，同时微波加热过程中，物料是自身发热，相对于现有的空气导热的方式，物料温度高于周围环境温度，因此采用微波加热可降低烧结温度，并提供物料内外温度均匀的高温环境，可充分渗透进物质的内部，改善物质特性，调整物料结构和形状，得到高质量的产品，从掺杂效果可知，微波升温提高了复合材料氮铁的掺杂量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。

Claims (10)

1.一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将葡萄糖、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、酵母膏、蛋白胨加入水中，溶解、混合均匀并调节pH至5-7，在压力100-105千帕蒸汽压、温度115-120℃的条件下维持15-20分钟进行灭菌，即制得液体培养基；其中每100毫升液体培养基中含葡萄糖5-6克、柠檬酸0.1-0.2克、磷酸氢二钠0.2-0.4克、磷酸二氢钾0.1-0.2克、酵母膏0.5-0.7克、蛋白胨0.5-0.7克、余量为水；
步骤二、在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，在温度为15-25℃、转速为80-200转/分钟的转震条件下培养12-24小时；采用针孔式过滤器向液体培养基中加入氨基酸螯合亚铁溶液，在温度15-25℃、转速为80-200转/分钟的转震条件下培养3-5天，过滤，得到的固体物用去离子水冲洗3～5次，然后在零下40-50℃、真空度1.3-13帕的条件下冷冻干燥48-72小时，得到干燥的固体材料；
步骤三、将干燥的固体材料放到气氛炉中，以50-80毫升/分钟的流量通入保护性气体，同时升温到700-900℃，保温2-4小时，自然冷却后取出，即得到细菌纤维素原位掺杂复合材料。
2.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中菌种木醋杆菌按体积分数2-10％的接种量接种于液体培养基中。
3.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的氨基酸螯合亚铁为甘氨酸螯合亚铁、蛋氨酸螯合亚铁、谷氨酸螯合亚铁中的一种。
4.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述氨基酸螯合亚铁溶液的浓度为1～10克/毫升。
5.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述氨基酸螯合亚铁的加入量为液体培养基重量的0.5～4％。
6.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的保护性气体为氩气、氮气中的一种。
7.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的气氛炉为旋转气氛炉，所述旋转气氛炉的旋转速度为5～10转/分钟。
8.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中升温的速率为2～8℃/分钟。
9.如权利要求1所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三替换为：将干燥的固体材料放到旋转气氛炉中，从室温升至100℃抽真空，保温10～30分钟，然后以50-80毫升/分钟的气流速度通入保护性气体，以2～5℃/分钟的速度升温至200～400℃，保温30～60分钟，然后以1～2℃/分钟的速度升温至500～700℃，保温30～60分钟，然后以0.5～1℃/分钟的速度升温至800～900℃，保温2～4小时，制得细菌纤维素原位掺杂复合材料；所述旋转气氛炉的旋转速度为5～10转/分钟。
10.如权利要求9所述的细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法，其特征在于，所述升温采用微波加热升温，所述微波加热的频率为915兆赫兹。
CN201610162412.4A 2016-03-21 2016-03-21 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法 Expired - Fee Related CN105646949B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610162412.4A CN105646949B (zh) 2016-03-21 2016-03-21 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610162412.4A CN105646949B (zh) 2016-03-21 2016-03-21 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105646949A CN105646949A (zh) 2016-06-08
CN105646949B true CN105646949B (zh) 2017-11-14

Family

ID=56494275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610162412.4A Expired - Fee Related CN105646949B (zh) 2016-03-21 2016-03-21 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105646949B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111545169B (zh) * 2020-05-19 2022-05-17 西南科技大学 利用生物富集制备菌丝/氧化钼吸附-催化材料的方法
CN111569832B (zh) * 2020-05-19 2022-04-29 西南科技大学 利用生物富集制备菌丝/硫化钼吸附-催化材料的方法
CN111613456B (zh) * 2020-06-04 2021-07-30 西南科技大学 菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法
CN111606316B (zh) * 2020-06-04 2021-12-21 西南科技大学 一种过渡金属单原子碳材料的生物富集制备方法
CN113913971B (zh) * 2020-07-10 2024-03-12 南京理工大学 一种木质纤维中原位生长细菌纤维素的方法
CN112834589B (zh) * 2020-12-31 2023-12-22 陕西师范大学 AuQD@CNFs复合材料及其制备方法和应用
CN114671485B (zh) * 2022-05-30 2022-09-13 浙江联畅智能环保设备有限公司 一种含重金属离子的废水的特异性处理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745684A (zh) * 2012-07-24 2012-10-24 南京理工大学 一种硝化细菌生物氧化石墨及其制备方法
CN102924755A (zh) * 2012-10-16 2013-02-13 天津晶发科技有限公司 一种石墨烯/细菌纤维素复合材料的制备方法
CN103571899A (zh) * 2013-10-12 2014-02-12 东华大学 一种细菌纤维素/藕粉复合材料及其生物制备方法
CN103803541A (zh) * 2014-02-24 2014-05-21 南京理工大学 一种由微生物作用制备氮掺杂石墨烯的方法
KR20140121732A (ko) * 2013-04-08 2014-10-16 (주)제주사랑농수산 송이 분말을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스
CN104209099A (zh) * 2014-09-10 2014-12-17 西南科技大学 一种细菌纤维素/氧化石墨烯纳米复合球吸附材料的制备方法
CN104801246A (zh) * 2015-04-09 2015-07-29 西南科技大学 一种核壳结构菌丝纳米复合球的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745684A (zh) * 2012-07-24 2012-10-24 南京理工大学 一种硝化细菌生物氧化石墨及其制备方法
CN102924755A (zh) * 2012-10-16 2013-02-13 天津晶发科技有限公司 一种石墨烯/细菌纤维素复合材料的制备方法
KR20140121732A (ko) * 2013-04-08 2014-10-16 (주)제주사랑농수산 송이 분말을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스
CN103571899A (zh) * 2013-10-12 2014-02-12 东华大学 一种细菌纤维素/藕粉复合材料及其生物制备方法
CN103803541A (zh) * 2014-02-24 2014-05-21 南京理工大学 一种由微生物作用制备氮掺杂石墨烯的方法
CN104209099A (zh) * 2014-09-10 2014-12-17 西南科技大学 一种细菌纤维素/氧化石墨烯纳米复合球吸附材料的制备方法
CN104801246A (zh) * 2015-04-09 2015-07-29 西南科技大学 一种核壳结构菌丝纳米复合球的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Overview of bacterial cellulose composites: A multipurpose advanced material;Nasrullah Shah et al;《Carbohydrate Polymers》;20131106;第98卷(第2期);第1585-1598页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105646949A (zh) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105646949B (zh) 一种细菌纤维素原位掺杂复合材料的制备方法
CN105523541B (zh) 杂原子掺杂的多孔碳空心微球及其制备方法
CN108511204B (zh) 一种氧氮共掺杂多孔中空碳微球的制备方法
CN106517182B (zh) 一种具有分层结构的生物质碳的制备方法
CN109516457A (zh) 一种壳聚糖基多孔碳球及其制备方法
CN103213974B (zh) 一种氮掺杂石墨烯的制备方法及其用途
CN104386685A (zh) 一种由富氮生物质原料制备氮掺杂活性炭的方法
CN106876729B (zh) 有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备及催化剂和应用
CN103749535B (zh) 纳米银/木素复合抗菌材料及其制备方法
CN103233050B (zh) 一种具有梯度结构的细菌纤维素膜及其制备方法
CN106582587A (zh) 一种用于吸附二氧化碳的微藻基含氮炭材料及其制备方法
CN105060269A (zh) 一种大豆基碳量子点和多孔碳材料及其制备方法和应用
CN104927097B (zh) 一种微波水热法制备纳米二氧化钛/壳聚糖复合材料的方法
CN107369563A (zh) 一种硫化镍颗粒/纤维素基复合碳气凝胶材料的制备方法
CN106744789A (zh) 一种利用木质素制备多孔炭以及在超级电容器中的应用
CN106747176A (zh) 一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法
CN109694051A (zh) 石墨化空心碳球及其制备方法以及电极材料的制作方法及其应用
CN104328157A (zh) 玉米多孔淀粉的制备方法
CN107651687A (zh) 一种富含吡啶氮元素的炭材料的制备方法及其应用
CN102430414A (zh) 锆基磁性固体超强酸催化剂及其制备及其催化热解纤维素或生物质制备左旋葡萄糖酮的方法
CN107572509A (zh) 一种氮掺杂空心碳/石墨球纳米材料及其制备方法
CN105713926A (zh) 一种利用纤维素作为原料制取氢气的方法
CN110421665B (zh) 一种储能木材以二氧化钛负载罗丹明红为导热填料
CN115212911A (zh) 一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用
CN105289740B (zh) 一种基于碳化mof结构的氧还原催化剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171114

Termination date: 20180321