Page 197 - 《精细化工》2021年第12期
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第 12 期                  秦梓喻，等:  木质素复合细菌纤维素材料的制备及其吸油性能                                   ·2559·


            氨酯基、三聚氰胺基等高分子海绵）                 [5-6] 、碳基气凝       为疏水改性剂，无水乙醇作为反应溶剂，制备出具
            胶吸油材料（碳纳米管、石墨烯）                [7-8] 、天然生物质        有良好疏水性的细菌纤维素基疏水吸油材料（BC-
            吸油材料（木质素、纤维素、半纤维素）                     [9-10] 。在   DL）。在制备过程中探究了不同粒径 DL 对疏水性能
            生物质中，纤维素作为吸油材料具有结构层次丰富、                            的影响；考察了 BC 与 DL 质量比以及反应温度、时
            使用后易降解和再生性强的特点，广泛来源于自然界                            间等对疏水及吸油性能的影响，并确定最佳 BC-DL
            且廉价易得，更符合当今绿色化学与化工的要求                     [11] 。   制备工艺条件；通过结构形貌表征确定复合材料疏
            但植物纤维材料的几何长度与排列方式决定了其力
                                                               水性能变化的原因。本研究有助于推动 BC 在绿色
            学及机械性能较差，无法满足含油吸附材料重复多
                                                               吸油材料领域的应用。
            次循环使用的需求。
                 细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC）是由某              1   实验部分
            些特定种类的细菌产生的天然纳米纤维素，生物合
            成的 BC 化学纯度高，不含植物纤维素中共存的半                           1.1   材料、试剂与仪器
            纤维素、木质素等杂质，纤维素质量分数 98%                    [12] 。       细菌纤维素，海南亿德食品有限公司；脱碱木
            在 9 类能合成 BC 的细菌中，研究最多、合成能力                         质素（M w =3000~5000），分析纯，上海麦克林生化
            最强、工业生产应用最广泛的菌种是醋酸菌属中的                             科技有限公司；氢氧化钠、无水乙醇，分析纯，西陇
                                                                                                           3
            木醋杆菌     [13] ，在椰子水中静态培养木醋杆菌生产 BC                  科学股份有限公司；食用花生油（密度：0.911 g/cm ，
            的产率较高，是 BC 工业生产的最主要方式                   [14] 。海    黏度：0.012 Pa·s），秦皇岛金海食品工业有限公司；
                                                                                       3
            南是中国椰子资源最丰富的地区，也是中国 BC 工                           车用柴油(密度：0.840 g/cm ，黏度：0.005 Pa·s)，海
            业生产主要基地，以椰子水生产 BC 及其衍生食品                           南 喜乐润滑油 有限公司； 真空泵废油 （密度 ：
                                                                        3
            是海南的一项特色产业。但目前 BC 产品附加值较低，                         0.778 g/cm ，黏度：0.018 Pa·s），实验室自有；去离
            开发环保、生物、医药类 BC 功能材料，对拓宽 BC                         子水，自制。
            应用领域，提高海南 BC 产业效益具有重要意义                   [15] 。       接触角测量仪（SL200KB），上海梭伦科技信息；
                                                               场发射扫描电子显微镜（Verios G4 UC），美国
                 BC 因高化学纯度、独特的纳米纤维网状结构、
                                                               Thermo Scientific 有限公司；傅里叶变换红外光谱仪
            高比表面积、高机械强度以及优异的生物相容性，
                                                               （TENSOR27），德国 Bruker 公司；X 射线光电子能
            被广泛应用于吸附、电子纸张、柔性显示、药物释
            放、人造皮肤等多个领域            [16] 。BC 发达的超精细三            谱仪（Axis Supra），英国岛津 Kratos 公司；全自动
                                                               比表面积及孔隙度分析仪（ASAP2460），美国麦克
            维网络结构及高比表面积使其具有很强的吸附性                     [17] ，
                                                               仪器公司；球磨机（XQM-0.4），长沙天创粉末技术
            被认为是潜在的优质吸附材料。BC 具有良好的生物
                                                               有限公司；激光粒度仪（Zetasizer-Nano-ZS-90），英
            可降解性，易与纤维素降解酶发生作用，在酸性及
                                                               国马尔文仪器有限公司。
            微生物存在的自然条件下可直接降解，使用土壤掩                             1.2   方法
            埋法处理 BC，5 d 便完全降解           [18] 。因此，BC 在使
                                                               1.2.1  BC 的预处理
            用后可以通过生物降解进行处理，不会造成环境污
                                                                   首先，将购买的 BC 在自来水中冲洗 24 h，后
            染。但由于 BC 结构中含有大量的—OH，亲水性强，
                                                               于 70  ℃下用质量分数 1%的氢氧化钠溶液浸泡 24 h，
            导致对疏水性油类物质选择性较差，这极大限制了
                                                               再重复用自来水冲洗至中性，经蒸馏水浸泡 24 h（每
            BC 在吸油领域的应用。因此，需要针对 BC 进行疏
                                                               隔 8 h 换一次水）后浸泡于蒸馏水中备用。
            水改性以及结构优化。目前，BC 改性方法主要为化
                                                               1.2.2  DL 球磨处理
            学接枝，即以疏水性物质对 BC 基材进行接枝取代，
                                                                   取 200 mg  DL 粉末置于行星球磨罐中，加入
            赋予 BC 材料疏水性，提高吸油性能              [19] 。值得注意的        10 个 4~10 mm 的玛瑙球磨珠，对称放于 XQM-0.4
            是，此类制备方法往往离不开化学试剂的参与，易                             型球磨机中进行球磨，于 20 Hz 下球磨 24 h。
            对环境造成二次污染，因此吸油材料的制备应当要                             1.2.3  BC-DL 制备
            注重减少化学试剂使用、简化反应步骤，从而降低                                 BC-DL 采用低温浸渍法制备：将预处理后的 BC
            制备成本，提高环境友好性。脱碱木质素（Dealkaline                      水凝胶于 30 mL 无水乙醇中进行溶剂置换，每 4 h 更
            lignin，DL）作为一种疏水性好的生物质粉体材料，                        换一次溶剂，共更换 3 次。再将进行溶剂置换后的
            兼具可再生、易降解且无毒的优点，可被用作优良                             BC 放入三口烧瓶中，加入一定质量的 DL 作为疏水
            的绿色环保型疏水改性剂            [20-22] 。                   改性剂，30 mL 无水乙醇作为反应溶剂；利用油浴
                 因此，本研究以 BC 作为吸油材料基质，DL 作                      加热，在 60  ℃（或 65  ℃）下搅拌一定时间（瓶口
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