石墨烯水凝胶的制备方法与流程

技术特征：

1.石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备氧化石墨烯悬浮液；

2)菌种的选择和预培养；

3)配制培养液；

4)培养液除氧灭菌；

5)添加氧化石墨烯悬浮液；

6)菌种的接种；

7)石墨烯水凝胶的形成。

2.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述制备氧化石墨烯悬浮液的具体方法为：将鳞片石墨与KMnO₄混合，再加入硫酸和磷酸的混合酸溶液，反应后在水浴锅内恒温加热，待混合液冷却至室温后，倒入含过氧化氢溶液的冰水中，当溶液由绿褐色变为金黄色后，依次用盐酸、乙醇和去离子水洗涤，直至氧化石墨烯悬浮液无法离心后用乙醚凝固，再用去离子水洗至pH为中性，超声形成氧化石墨烯悬浮液。

3.如权利要求2所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨采用300目的鳞片石墨；所述鳞片石墨、KMnO₄、硫酸、磷酸、含过氧化氢溶液的冰水、乙醚的配比可为3.0g︰18.0g︰360mL︰40mL︰400mL︰200mL，其中，鳞片石墨、KMnO₄以质量计算，硫酸、磷酸、含过氧化氢溶液的冰水、乙醚以体积计算，所述硫酸可采用质量百分浓度为98％的硫酸，所述含过氧化氢溶液的冰水中，可采用3mL过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的质量百分浓度可为30％；所述反应的温度可为35～40℃；所述在水浴锅内恒温加热的温度可为50℃，恒温加热的时间可为12h；所述依次用盐酸、乙醇和去离子水洗涤可依次用盐酸洗涤3～5次、乙醇洗涤2～3次、去离子水洗涤8～20次；所述超声的条件可为400W超声4h；所述氧化石墨烯悬浮液的分散浓度可为7～9g/L。

4.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述菌种可选自市售希瓦氏菌、市售地杆菌中的一种，也可采用自然水体中的混菌或污水处理厂活性污泥驯化后的菌种；所述自然水体可为海水或湖水；所述市售希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)可购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，保存号：1.6515；所述市售地杆菌(Geobacter sulfurreducens Caccavo et al.ATCC 51573)可购自北京中原公司；所述市售希瓦氏菌、市售地杆菌可好氧活化培养至对数期后期使用，纯菌的培养方式可采用LB培养基或TSB培养基摇床培养10～14h。

5.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述培养液的配方包括碳源、氮源、无机盐、SL 10微量元素和维生素溶液；所述无机盐包括NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂·6H₂O、KH₂PO₄、NaHCO₃、NaSO₄；

所述培养液的最优配方可为(g/L)：NH₄Cl 0.1～1，NaCl 0.5～2，KCl 0.1～1，CaCl₂0.05～0.2，MgCl₂·6H₂O 0.05～0.2，KH₂PO₄ 0.1～0.5，NaHCO₃ 1～5，NaSO₄ 0.05～0.2，CH₃COONa 0.5～2，SL 10微量元素0.5～2mL，维生素溶液5～15mL，溶剂为去离子水；

所述碳源除CH₃COONa也可使用微生物常用的有机碳源，所述有机碳源可选自碳源糖类、挥发性有机酸、甲醇，所述碳源糖类可采用葡萄糖，所述挥发性有机酸可采用丙酸或丁酸；

所述氮源除NH₄Cl也可使用(NH₄)₂SO₄或蛋白胨。

6.如权利要求5所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于所述SL 10微量元素的组成为(g/L)：FeCl₂·4H₂O 0.5～2.5，CoCl₂·6H₂O 0.1～0.3，MnCl₄·4H₂O 0.05～0.2，ZnCl₂0.02～0.1，H₃BO₃ 0.01～0.1，Na₂MoO₄·2H₂O 0.01～0.05，NiCl₆·H₂O 0.01～0.05，CuCl₂·2H₂O 0.005～0.05，另加入25％HCl 0～20mL调节溶液pH为7，溶剂为去离子水；

所述维生素溶液的组成可为(mg/L)：生物素0.01～0.1，叶酸0.005～0.05，吡哆醇0.05～0.5，核黄素0.01～0.1，硫胺素0.05～0.2，维生素b12 0.5～0.2，烟酰胺0.1～1，对氨基苯甲酸0.1～1，硫辛酸0.01～0.1，泛酸0.01～0.1，溶剂为去离子水；

所述无机盐中KH₂PO₄可使用K₂HPO₄代替，NaSO₄可使用FeSO₄·7H₂O、KSO₄、FeS代替。

7.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述培养液除氧灭菌的具体方法为：在每个125mL的血清瓶中加入80mL培养液，然后通入含质量百分比为80％的N₂和质量百分比为20％的CO₂混合气，在液面下曝气25min、加塞液面下曝气20min、加塞液面上曝气15min，使培养液脱除氧气，随后血清瓶扣上铝盖在121℃下高压蒸汽灭菌20min。

8.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述添加氧化石墨烯悬浮液的具体方法为：将步骤1)所得氧化石墨烯悬浮液在紫外灯照射下灭菌2h，用5mL注射器在含质量百分比为80％的N₂和质量百分比为20％的CO₂混合气管中反复抽空至少1次，排除注射器中的氧气，然后向经步骤4)处理后的血清瓶培养液中注入3～5mL氧化石墨烯分散液，混匀。

9.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤6)中，所述菌种的接种的具体方法为：将注射器在超净台紫外灯下照射20min，然后将步骤2)所得菌液取出，按体积比1︰10往步骤5)所得血清瓶中注射8mL菌液，混匀。

10.如权利要求1所述石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于在步骤7)中，所述凝胶的形成的具体方法为：将步骤6)所得厌氧血清瓶放入20～40℃的培养箱中密封静置培养，培养10天后形成石墨烯水凝胶。