[发明专利]一种磁性石墨烯复合材料的生物合成方法

说明书

技术领域

本发明属于生物合成纳米材料领域，涉及一种磁性石墨烯复合材料的生物合成方法。

背景技术

石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳材料，由于其具有机械强度高，比表面积大和导电性能好等特点，在电子、传感器、催化和能源等领域具有广阔的应用前景。相比于其他维度的碳材料，石墨烯除具有以上优点外，还具有制备成本低和易于功能化的优点。因此，石墨烯成为负载无机纳米颗粒的理想选择。磁性Fe₃O₄纳米颗粒具有生物相容性好、超顺磁性强、毒性低、易于制备和过程中易分离等特点，其在催化、传感器、药物释放和环境修复等领域的应用一直是科学研究的热点。因此，将磁性纳米颗粒负载在石墨烯片层上形成磁性石墨烯复合材料，可以结合两种材料的优点，提高复合材料的使用性能。更重要的是，复合材料中磁性颗粒的引入，不仅可以降低石墨烯片层间由于范德华力引起的聚集效应，还可以实现石墨烯材料的分离和重复使用；而石墨烯基底的引入，也可以降低磁性纳米颗粒的聚集，从而提高磁性颗粒的利用效率。

近年来石墨烯和磁性纳米粒子复合材料的制备以及其在材料、化学、生物医学等领域的应用研究发展迅速。如Sun H等人在2011年Nano Research第4卷第550-562页、Zhan Y等人在2011年Journal of Colloid and Interface Science第363卷第98-104页以及Zhang H等在2014年RSC Advances第4卷第14441–14446页发表的论文分别利用化学水热法、共价键结合法和化学沉淀法合成磁性石墨烯复合材料。但这些化学方法制备磁性石墨烯复合材料，存在着反应步骤多、反应条件苛刻、难于控制、化学试剂毒性高等缺点。

生物法合成纳米材料是近年来随着纳米技术、生物技术和材料科学等学科的进步而逐渐交叉发展起来的新兴领域。与传统上利用物理和化学方法合成纳米材料相比，生物法合成纳米材料具有条件温和、对环境无污染、成本低廉等优点。近年来，生物合成磁性纳米材料受到了研究者的广泛关注，并取得了较大的研究进展。Lovley D R等在1987年Nature第330卷第252-254页发表的论文首次报道了利用微生物合成磁性纳米颗粒。Roh Y等在2006年Applied and Environmental Microbiology第72卷第3236-3244页、Lee J H等在2008年Journal of Microbiology and Biotechnology第18卷第1572-1577页以及Li X等在2012年Journal of Soils and Sediments第12卷第217-227页所发表的论文中报道微生物利用不同铁前体化合物合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒。同时，生物法合成石墨烯也取得了一定进展，如Salas EC等在2010年ACS Nano第4卷第4852-4856页、Wang G等在2011年Nano Research第4卷第563-570页以及Liu G等在2013年Bioresource Technology第149卷第503-508页报道了利用微生物制备还原氧化石墨烯。但目前利用微生物合成磁性石墨烯复合材料并未见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中磁性石墨烯复合材料制备方法反应条件苛刻，化学试剂易造成污染的技术问题，提供一种磁性石墨烯复合材料的生物制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种磁性石墨烯复合材料的生物合成方法，具体步骤如下：

步骤1：氧化石墨烯的制备：采用氧化石墨烯作为磁性石墨烯复合材料的石墨烯合成的前体物质；

步骤2：β-FeOOH的制备：采用β-FeOOH作为磁性石墨烯复合材料的磁性组分合成的前体物质；

步骤3：异化金属还原菌的培养：采用异化金属还原菌制备磁性石墨烯复合材料的微生物菌种；

步骤4：磁性石墨烯复合材料的生物合成方法：

(1)配制磁性石墨烯复合材料培养液：培养液包括10-30mmol/L的哌嗪-1,4-二乙磺酸和10-30mmol/L的乳酸钠，pH值调至7.0，除去氧气，灭菌，得到磁性石墨烯复合材料培养液；