[发明专利]一种生物还原氧化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物还原氧化石墨烯及其制备方法，属于生物材料领域。特别是涉及一种用微生物还原氧化石墨烯的微生物，反硝化细菌。

背景技术

由于石墨烯具有高的比表面积、突出的的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列的优异的性质，所以制备高质量和高产量的石墨烯一直是人们关注的焦点。其中化学氧化-还原法已成为可能实现规模化制备石墨烯的有效途径，即石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下得到分散的氧化石墨烯溶液，再通过化学还原剂还原获得石墨烯。在还原氧化石墨烯过程中，为了减少环境污染，提高石墨烯性能，微生物还原开始引起人们的关注，目前已发现的有希瓦氏菌，大肠杆菌等等。

希瓦氏菌是人畜共患的条件致病菌，通常分布于淡水和海洋中，如2004年大连海洋大学农业部海洋水产增殖学重点开放实验室患“化皮病”的仿刺参，所以西瓦氏菌对环境安全有一定的潜在威胁，对生物还原制备石墨的扩大化有一定的制约性，而且在制备石墨烯的过程中必须将废弃的希瓦氏菌进行集中灭菌处理，这增加了制备过程的步骤。

反硝化细菌在氧气不足的条件下，将土壤中的硝酸盐生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中，这一过程叫做反硝化作用，所以反硝化细菌是构成氮循环的主要环节，而且反硝化细菌在土壤中分布广泛，没有致病性，因此本发明将参与氮循环主要菌属之一的反硝化细菌用于GO的生物还原，提供了一种新的绿色环保的生物还原氧化石墨烯的方法。

虽然希瓦氏菌法制备的石墨烯相对于化学法制备的在结构和性能上有很大的进步（Gongming Wang, Fang Qian, Chad W. Saltikov, Yongqin Jiao.Microbial Reduction of Graphene Oxide by Shewanella.Nano Res. 2011, 4(6): 563–570），但是反硝化细菌制备的石墨烯具有更少的片层，和更少的缺陷性和无序性。

发明内容

本发明的目的是基于反硝化细菌在厌氧条件下优良的对高价态氮和碳的还原作用，用其对氧化石墨烯进行生物还原，制备出低缺陷的石墨烯。

本发明的另一目的在于提供一种绿色低缺陷的生物还原氧化石墨烯的制备方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种生物还原氧化石墨烯，所述石墨烯通过以下步骤制备：

第一步，将氧化石墨烯悬浮液与反硝化细菌培养基混合，用反硝化细菌种子液接种后在恒温箱中培养，进行生物还原；

第二步，将第二步的生物还原的氧化石墨烯静置、离心、清洗、离心沉淀，沉淀反复清洗至pH为中性为止，再干燥。

本发明一种生物还原氧化石墨烯，第一步中所述的氧化石墨烯悬浮液通过超声分散获得，所述的氧化石墨烯悬浮液的质量浓度为0.22%，超声时间为20-240min，超声温度为室温。

本发明一种生物还原氧化石墨烯，第一步中所述的反硝化细菌培养基与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:1-1:10，培养天数为2-20d，培养温度为25-35℃，反硝化细菌种子液的接种量为5%-20%，其中反硝化细菌培养基的成分包括：KNO₃ 0.36g/L, KH₂PO₄ 1.5g/L，琥珀酸钠 2.81g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 10.55g/L，MgSO₄·7H₂O 0.1g/L，维氏盐溶液2mL， pH 为6.5-7.5。

本发明一种生物还原氧化石墨烯，第二步中所述的清洗依次采用稀盐酸、乙醇和水；所述的稀盐酸物质的量浓度为0.1-5mol/L，乙醇的体积分数为70%-80%，离心转速为8000-12000r/min，离心时间15-80min，干燥采用普通真空干燥或真空冷冻干燥，普通真空干燥温度为25-100℃，真空冷冻干燥温度为-20-（-80）℃，真空度≤160Pa，干燥时间为2-48h。

本发明与现有技术相比，具有显著的优点（1）利用方便易得、生长条件温和的反硝化细菌对氧化石墨烯进行还原，通过反硝化细菌还原酶及电子载体的作用进行电子传输，实现氧化石墨烯的还原；（2）反硝化细菌还原的氧化石墨烯更加降低了石墨烯的结构缺陷，最大限度保持了石墨烯的原有优异特性；（3）反硝化细菌还原氧化石墨烯制备石墨烯，发明了一种新的生物还原氧化石墨烯的方法，相对于希瓦氏菌还原具有环境危害小，操作步骤简单等优点。

附图说明