[發(fā)明專利]微生物燃料電池陽極菌生物還原氧化石墨烯及其制備有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310323819.7 | 申請日： | 2013-07-29 |
| 公開（公告）號： | CN103395775A | 公開（公告）日： | 2013-11-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 孫東平;范孟孟;朱春林;楊加志;黃洋;陳春濤;聶英 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京理工大學(xué) |
| 主分類號： | C01B31/04 | 分類號： | C01B31/04 |
| 代理公司： | 南京理工大學(xué)專利中心 32203 | 代理人： | 朱顯國 |
| 地址： | 210094 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 微生物 燃料電池 陽極 生物 還原 氧化 石墨 及其 制備 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及通過氧化石墨烯制備石墨烯的綠色生物可控制備技術(shù)，屬于生物材料領(lǐng)域，特別是一種微生物燃料電池陽極細(xì)菌生物還原氧化石墨烯。
背景技術(shù)
由于石墨烯具有高的比表面積、突出的的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能及其非凡的電子傳遞性能等一系列的優(yōu)異的性質(zhì)，所以制備高質(zhì)量和高產(chǎn)量的石墨烯一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。其中化學(xué)氧化-還原已成為可能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備石墨烯的有效途徑，即石墨氧化變成氧化石墨，再在超聲條件下得到單層的氧化石墨溶液，再通過化學(xué)還原獲得石墨烯。在還原氧化石墨烯過程中，為了減少環(huán)境污染，提高石墨烯性能，微生物還原開始引起人們的關(guān)注，目前有希瓦氏菌（Gongming?Wang,?Fang?Qian,?Chad?W.?Saltikov,?Yongqin?Jiao.Microbial?Reduction?of?Graphene?Oxide?by?Shewanella.Nano?Res.?2011,?4(6):?563–570），大腸桿菌（O.?Akhavan,?E.Ghaderi.?Escherichia?coli?bacteria?reduce?graphene?oxide?to?bactericidal?graphene?in?a?self-limiting?manner.?CARBON?50(2012)?1853?–1860）等等。
陽極細(xì)菌還原氧化石墨烯相對于單一還原菌具有明顯的優(yōu)勢：首先，陽極細(xì)菌還原速度快，反應(yīng)條件溫和，室溫下既可進(jìn)行，符合低碳的理念，培養(yǎng)基成分價(jià)格低廉，降低了石墨烯的制備成本，在工藝上簡單易行；省去了反復(fù)菌種分離的復(fù)雜步驟；其次，陽極細(xì)菌還原制得的石墨烯相對于單一菌種還原制備的石墨烯具有較低的結(jié)構(gòu)缺陷，最大限度的保留了石墨烯的性能。同時(shí)，陽極細(xì)菌還原氧化石墨烯的過程易于放大，可以進(jìn)一步放大實(shí)驗(yàn)。
微生物燃料電池除了具有一般燃料電池高效的特點(diǎn)外，還兼具原料來源廣泛、操作條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。微生物燃料電池屬于一種全新的生物質(zhì)能利用形式。現(xiàn)有的研究均顯示，混菌MFC的產(chǎn)電能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純菌的MFC，這說明了混菌MFC有更快的電子轉(zhuǎn)移能力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于陽極細(xì)菌在厭氧條件下優(yōu)良的電子的轉(zhuǎn)移能力，用其對氧化石墨烯進(jìn)行還原，制備出低缺陷的石墨烯。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種綠色低缺陷的陽極細(xì)菌生物還原氧化石墨烯的制備方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種微生物燃料電池陽極菌生物還原氧化石墨烯，包括以下制備步驟：
第一步，將葡萄球菌屬的菌種接種到微生物燃料電池的陽極液中，將陽極菌液加入到微生物燃料電池陽極室中，在恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)；
第二步，將氧化石墨烯懸浮液與培養(yǎng)結(jié)束的陽極菌液混合，在恒溫箱中靜置培養(yǎng)，進(jìn)行生物還原；
第三步，將第二步的生物還原后的氧化石墨烯靜置、離心，采用稀鹽酸、乙醇、水多次反復(fù)清洗、沉淀，至pH為中性為止，最后對純凈的石墨烯進(jìn)行干燥。
??第一步中所述的葡萄球菌屬菌種種子液的接種量為5%-20%，在恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)2-5天，培養(yǎng)溫度為25-35℃，當(dāng)微生物燃料電池開路電壓達(dá)到200mV?-500mV時(shí)終止，陽極液的成分包括：葡萄糖2.0g/L，NaHCO3?3.13g/L，NH4Cl?0.31g/L，NaH2PO4?4.97g/L，(NH4)2SO4?0.56g/L,KCl?0.13g/L，CaCl2?15mg/L，MnSO4?20mg/L，F(xiàn)eCl3?1mg/L，Na2HPO4·12H2O?6.93g/L，MgSO4?0.2g/L；陰極液成分包括：K3Fe(CN)616.5g/L，NaH2PO4?·2H2O?0.4g/L?，Na2HPO4·12H2O?6.0g/L。
???第二步中所述的氧化石墨烯懸浮液濃度為0.22%；所述的陽極菌液與氧化石墨烯懸浮液的體積比為1:1-1:10,所述的混合培養(yǎng)時(shí)間為0.5-3d，培養(yǎng)溫度為25-35℃。
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