[發(fā)明專利]一種殼聚糖-氧化石墨烯海綿、制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711464432.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108047486B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于飛;王成顯;陳德賢;石巖;姚溫浩;張方;倪騰飛;韓生;張海英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J9/28
• 分類號(hào): C08J9/28;C08L5/08;C08K9/02;C08K3/04;H01M8/16
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發(fā)明公開(kāi)了一種殼聚糖?氧化石墨烯海綿、制備方法和應(yīng)用。該制備方法包括以下步驟：首先取氧化石墨烯溶液，依次向其中加入冰醋酸、FeCl₂溶液、苯亞磺酸鈉溶液和殼聚糖；然后，將溶液抽真空，得到無(wú)氣泡的漿液；其次，將漿液冷凍干燥；再置于NaOH溶液中浸泡，初步得到海綿體；最后將海綿體恒溫加熱得到殼聚糖?氧化石墨烯海綿；通過(guò)本發(fā)明制備的殼聚糖?氧化石墨烯海綿可用于制備可呼吸式微生物燃料電池；本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，成本較低，制備的海綿具有很好的彈性，具有很豐富的空隙結(jié)構(gòu)，比表面積大，具有較多的活性位點(diǎn)，易于微生物的附著。加入FeCl₂，可以有效防止海綿被微生物降解解體，同時(shí)形成四氧化三鐵，能導(dǎo)電性和生物相容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子功能化材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種殼聚糖-氧化石墨烯海綿、制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，人們生活水平的日益提升，對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題也日益加劇，嚴(yán)重威脅了我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。而傳統(tǒng)污水處理方式不僅會(huì)需要消耗大量的能量，而且處理效果也不盡理想。微生物燃料電池就是利用厭氧微生物進(jìn)行催化降解水體中的有機(jī)污染物并將其轉(zhuǎn)化為電能，較好的解決了在處理污染物過(guò)程中能源消耗問(wèn)題。目前應(yīng)用在微生物燃料電池的陽(yáng)極材料基本為碳布、石墨塊、碳?xì)只蚴w粒等，這些材料雖然在一定程度上提高了微生物的產(chǎn)電能力，但是其比表面積低和生物相容性差等因素影響了產(chǎn)電微生物在電極表面的生長(zhǎng)。因此，在微生物燃料電池陽(yáng)極室采用填充電極，如活性炭顆粒等，產(chǎn)電微生物在電極表面的附著生長(zhǎng)量增多，但是電極內(nèi)部代謝產(chǎn)生的電子會(huì)儲(chǔ)存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，無(wú)法擴(kuò)散到材料表面，內(nèi)部的微生物的活性也或因此而降低，從而使電池的產(chǎn)電能力大幅度減弱。可呼吸式的微生物燃料電池通過(guò)陽(yáng)極的“呼”的過(guò)程排出內(nèi)部產(chǎn)生的電子及代謝產(chǎn)物，通過(guò)“吸”的過(guò)程將新的電解液吸進(jìn)填充陽(yáng)極材料的內(nèi)部。

殼聚糖是一種生物相容性好，且不會(huì)造成二次污染的天然高分子化合物，是地球上僅次于纖維絲的第二大可再生資源，來(lái)源廣泛。良好的生物相容性可以很好的促進(jìn)微生物在其表面的生長(zhǎng)，但是在微生物燃料電池的研究中，只是將少量殼聚糖摻雜在石墨烯或者其他材料中進(jìn)行改性修飾，并未出現(xiàn)過(guò)將殼聚糖制作成海綿作為電極材料的實(shí)例。石墨烯良好的導(dǎo)電性彌補(bǔ)了殼聚糖電導(dǎo)率比較低的缺陷。另外，殼聚糖海綿或者殼聚糖凝膠在含有微生物的溶液中長(zhǎng)期存在，容易發(fā)生殼聚糖體系的解體破裂。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種殼聚糖-氧化石墨烯海綿、制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明制備了殼聚糖-氧化石墨烯海綿，并通過(guò)FeCl₂在石墨烯表面原位生長(zhǎng)Fe₃O₄，不僅增加了海綿的導(dǎo)電性，也有效防止了殼聚糖體系被微生物解體破裂。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

一種殼聚糖-氧化石墨烯海綿的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)將2～8mg/mL的氧化石墨懸濁液用超聲清洗機(jī)超聲，獲得氧化石墨烯溶液；取80～150mL氧化石墨烯溶液，向其中逐滴滴加2～6mL冰醋酸，并混合均勻，得到混合溶液；

(2)向步驟(1)得到的混合溶液中逐滴加入0.08～0.12mol/L的FeCl₂溶液0.1～50mL；

(3)向步驟(2)得到的溶液中逐滴加入0.8～1.2mol/L的苯亞磺酸鈉溶液2～10mL；

(4)向步驟(3)得到的溶液中，加入2～10g殼聚糖攪拌均勻；

(5)將步驟(4)得到的溶液抽真空，去除溶液中的氣泡，得到無(wú)氣泡的漿液；

(6)將步驟(5)中的漿液注入相應(yīng)的模具中，并放入冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行冷凍干燥；

(7)將步驟(6)中的冷凍干燥后樣品置于NaOH溶液中浸泡，初步得到海綿體；