Page 17 - 《精细化工》2021年第12期
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第 12 期                        洪   帆，等:  细菌纤维素的功能化改性研究进展                                 ·2379·


            粉颗粒附着在 BC 膜表面较难去除。为开发高效且                           过滤，得到以三维网络形式缠绕在不锈钢网上的 BC
            环境友好的方法来制备具有所需孔隙率的 BC。                             粗糙膜，该膜在空气中水接触角约为 0°。HAMEDI
            ZHANG 等   [15] 以 3 种尺寸的天然多糖海藻酸钙颗粒                  等 [22] 用 3-氨基丙基三乙氧基硅烷的氨基烷基对 BC
            作为成孔剂引入发酵液中，制备出可控多孔 BC 膜，                          进行化学接枝，结果显示，改性后的 BC 溶胀程度
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            未加成孔剂时 BC 膜的比表面积仅为 20 m /g，加入                      达 880%。
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            成孔剂后 BC 膜的比表面积增加到 36 m /g。                         2.3   力学性能调控
                 高纯度 BC 分子中大量的含氧官能团倾向于以                            纤维在加工和使用过程中会受到各种外力作
            H 2 O、CO 2 和 CO 的形式被消除，从而有利于产生具                    用，具有足够的强度、拉伸和韧性是纤维可以进行
            有高孔隙率和高比表面积的 BC 衍生活性炭。                             加工和具有使用价值的基本条件。为扩展 BC 的应
            KHAMKEAW 等      [16] 在炭化温度 500  ℃下依次用              用，提高其力学性能是重点研究内容之一。
            KOH 和 H 3 PO 4 溶液处理 BC 膜，制得的 BC 膜由小                    纤维结晶度的增加，使其屈服应力、强度、模
            孔、中孔和大孔 3 种不同大小的孔相互连接构成，                           量和硬度等性能随之提高。为此，研究人员一般通
            小孔、中孔和大孔的孔体积分别为 0.23、0.26 和 4.40                   过提高结晶度来提高纤维的强度。LOTFIMAN 等                  [23]
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            cm /g，BC 膜的孔隙率达 91.2%；并发现在一定范                      将废弃枣浆加入传统 HS 培养基用于培养菌株 A.
            围内 KOH 比例越大 BC 具有越多的大孔结构。BAI                       xylinum 0416，结果显示，含枣浆的培养基（DHS）
            等 [17] 将 BC 加入到异丙醇和乙烯-醋酸乙烯酯的混合                     比不含枣浆的 HS 培养基的 BC 产率高 68%，结晶
            溶液中，制得 BC 复合材料，加入到 KOH 溶液中，发                       度由 71%提高至 76%，且 DHS 中 BC 的羰基更活泼。
            现当 KOH 与复合材料质量比为 2.5∶1 时，获得的分                      LI 等 [24] 利用硫酸预处理蜜枣水解液，用于培养菌株
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            级多孔结构炭材料具有最大比表面积，为 2161 m /g。                      A. xylinum 2955；发现酸预处理后的发酵液合成 BC
                 值得注意的是，通过添加发泡剂、致孔剂等虽                          产率比原蜜枣废水高 1.5 倍，结晶度由 75.42%提高
            在一定程度上改善了纤维透气性，但上述化学试剂                             到 80.92%。
            的添加也会对菌种的生长产生一定影响，后处理较                                 结晶度增加后纤维分子链排列更为紧密，分子
            为复杂。因此，尚需通过优化发酵体系，研制高效                             间相互作用力增加，难以进行链段运动，因而断裂
            生物反应器，获得可控多孔结构的 BC 基材料。                            伸长率和冲击韧性降低，导致 BC 变硬变脆。为此，
            2.2   吸水性调控                                        研究人员尝试添加增强剂，来赋予 BC 更为优异的
                 吸水性是功能纤维材料的重要指标之一，如卫                          柔韧性能。SAI 等      [25] 将二氧化硅溶胶直接扩散到具
            生护理用品、医用材料和纺织服装等均对纤维的吸                             有松散网状微结构的 BC 湿凝胶中，调节凝胶化速
            水性要求较高，且更倾向于使用环保的天然高吸水                             率逐渐形成互穿网络结构，制得的复合气凝胶最大
            纤维。BC 纤维的较高比表面积和大量的表面空隙，                           断裂应力和拉伸模量分别达到 3.06 和 46.07 MPa。
            可以利用纤维间毛细作用迅速将水吸收，从而保持                             SUN 等 [26] 将氟化钠引入培养基，通过氟和纤维素基
            人体干爽。为获得更优异的吸水性能，研究人员尝                             团之间的强离子-二倍体相互作用有效破坏了纤维
            试使用不同的天然培养基培养具有高吸水性的 BC                            素链之间的氢键网络，氟化物与羟基之间形成了更
            膜。GALDINO 等     [18] 在传统培养基（HS）中加入体积               强的氢键，从而使得制备出的 BC 材料抗拉强度由
            分数为 2.5%玉米浆培养菌株 G. hansenii（UCP1619），              20.9 MPa 增加到 98.0 MPa，杨氏模量由 3.7 GPa 增
            生产的 BC 具有很强的吸水性且持水量可达 98%。                         加到 23.1 GPa。KNOLLER 等      [27] 将钛双（乳酸铵）
            DOMSKIENE 等    [19] 在废弃茶叶和蔗糖组成的培养基                 二氢氧化物加入发酵液中，通过多价离子控制 BC
            中静态培养 Kombuchabacterial 制备 BC，经测试湿                 的生长和交联，将 BC 生长速度提高了一个数量级
            膜伸长率达 35%，水接触角为 64°。                               以上；改性后的 BC 杨氏模量为 18.59 GPa，拉伸强
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                 BC 大分子链段中有大量亲水基团羟基，决定着                        度为 436.70 MPa，韧性为 6.81 MJ/m 。针对发酵过
            可以利用羟基相互作用和接枝亲水基团来进一步增                             程中加入无机物添加剂可能会干扰 BC 合成问题，
            加其吸水性。丰富的羟基和粗糙表面会赋予纤维超                             YU 等  [28] 将细菌产生的生物聚合物 γ-聚谷氨酸与氧
            亲水特性，PHOMRAK 等          [20] 将 BC 片制成具有更多          化石墨烯一起加入到 BC 发酵培养基中，采用半静
            聚集束的小原纤，纤维表面羟基强烈的相互作用导                             态原位发酵法制备的 BC 复合材料韧性由 8.2 MJ/m                3
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            致形成表面轮廓聚集；BC 水接触角由原来的 77.8°                        提高到 36.0 MJ/m 。
            降低到 31.1°，吸水量可达 513%~565%。SAI 等             [21]       BC 在纳米尺度上呈现出分级的原纤结构，然而
            将 BC 粉碎获得均匀的水凝胶水分散体，加入与分                           在微米尺度上，BC 纳米纤维随机分布使得其结构强
            散体相同体积的叔丁醇去离子水溶液，经不锈钢网                             度不高。YU 等     [29] 对 BC 通过循环冷冻和解冻方式自
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