[发明专利]一种利用胞外聚合物还原氧化石墨烯的方法

说明书

本发明涉及一种利用胞外聚合物还原氧化石墨烯的方法，该方法首先从自然界中分离、筛选得到目标菌株，然后对该菌株进行培养使其产生大量的胞外聚合物，将收集提纯后的胞外聚合物加入到氧化石墨烯悬浮液中，调节溶液pH呈酸性，施加光照进行还原反应，最后分离、干燥得到还原氧化石墨烯。该方法所依赖的还原剂来源丰富、价廉易得，反应条件容易满足，氧化石墨烯还原程度高，成本较低且易于工业化。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种利用胞外聚合物还原氧化石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维碳质材料。基于理想的晶格结构和独特的电学、光学、力学、热学等性质，石墨烯在电子器件、生物和化学传感器、储能器件及复合材料等领域有着广泛的应用前景。石墨烯易团聚、难分散，通常需经过表面改性处理将其制成氧化石墨烯。由于氧化石墨烯(GO)含氧基团数目多且几乎不导电，限制了其在电子器件方面的应用，要恢复其导电性必须对氧化石墨烯进行还原。

传统氧化石墨烯的还原方法主要包括还原剂还原法、紫外辐照还原法和电化学还原法。常用的还原剂包括水合肼、二甲基肼、酚类、硼氢化钠、硫化合物和醇类等，这些还原剂通常具有较高的毒性无法大规模使用，如水合肼为强致癌物质，有腐蚀性且易爆炸。紫外辐照还原法不仅对设备要求高而且能耗大，导致经济成本高。电化学还原法电能消耗大、运行费用高。于是寻找一种安全、环保、经济的绿色还原剂，并将其用于氧化石墨烯的大规模还原显得尤为重要。

孙东平等人(CN103408002A、CN103395775A)公开了利用微生物燃料电池阳极菌、反硝化细菌还原氧化石墨烯的方法。该方法与本申请相比，区别在于本发明采用细菌分泌物EPS作为还原剂，EPS具有来源丰富、提取过程绿色、经济、易保存等优点，使用时无需培养菌种直接将EPS与GO悬浮液混合，通过控制反应体系的温度、pH、光照等条件，充分利用EPS的还原特性将GO表面的含氧官能团脱去，还原条件简单、安全、易达到，还原程度高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种新型的绿色还原剂并将其应用于氧化石墨烯的工业化大规模还原。该绿色还原剂具体为细菌的胞外聚合物(EPS)，具有原材料来源广、易获得、反应条件简单易达到、还原程度高等优点，工业化应用经济可行。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种利用胞外聚合物还原氧化石墨烯的方法，包括以下步骤：(a)将目标菌株(如嗜碱芽孢杆菌等)接种到培养基中进行培养，分离提纯得到胞外聚合物EPS；(b)将胞外聚合物EPS加入到氧化石墨烯悬浮液中，调节混合液pH至酸性，在光照条件下反应，分离提纯得到还原氧化石墨烯。

进一步的，步骤(a)中所述目标菌株包括Klebsiellasp(克雷伯氏菌)、Bacillussp.(嗜碱芽孢杆菌)、Bacillus subtilis(枯草芽孢杆菌)、Pputida和Escherichia coli(革兰氏阴性菌)、Aspergillus nigra(烟曲霉菌)等。这些目标菌株是从自然界中分离、筛选得到。

进一步的，步骤(a)制备胞外聚合物EPS的方法具体如下：将目标菌株接种到Luria-Bertani(LB)培养基中活化培养，取活化后的菌液接种到LB培养基中扩大培养，接着将细菌培养物冷冻离心，收集上清液，经稀释、静置处理后过滤，所得沉淀物再次冷冻离心后与去离子水混合，最后透析、干燥即可。

更进一步的，混合时目标菌株与LB培养基的体积比为1:1-50，活化及扩大培养温度为20-40℃，活化及扩大培养时间分别为0.5-12h、12-80h，扩大培养时的搅拌速度不超过500r/min；冷冻离心均在0-10℃、2000-12000g下进行，冷冻离心时间2-30min；稀释时上清液与稀释剂无水乙醇的体积比1:2-5，所得稀释液置于0-8℃环境中静置24-96h；透析时间为2-5d，透析袋截留分子量为3000-25000，透析完成后冷冻干燥得EPS纯化样品。