[发明专利]一种硝化细菌生物氧化石墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化石墨的绿色生物法可控制备技术，特别是一种硝化细菌生物氧化石墨及其制备方法。

背景技术

目前，由于化学氧化法制备氧化石墨烯采用的是强酸和强氧化剂，存在环境污染严重、引入含氧基团的过程中易导致碳骨架原子层面晶格扭曲和畸变、产生缺陷等缺点（Florian B., Jani K. and Arkady V. K. Structural Defects in Graphene. ACS NANO, 2011, 5(1): 26-41），π-π共轭键被大量破坏，碳骨架在原子层面上产生了明显的晶格扭曲和畸变，丧失了许多优异性能。

硝化作用是氮（N）素生物地球化学循环中非常重要的一个环节，也是废水生物脱氮的第一个步骤。一般由两类微生物共同完成：氨氧化细菌和硝化细菌。在氨氧化细菌（AOB）中，特有一种胞内酶——氨单加氧酶（Ammonia monooxygenase，AMO）可催化NH₃氧化成羟胺，为该类微生物提供能量。由于自然界中存在的各种单加氧酶的作用底物非常广泛，除NH₃外已发现包括烷烃、芳烃及它们的初级衍生物在内的40多种化合物可以作为AMO的底物而抑制NH₃的氧化（KEENER W K, ARP D J. Kinetic studies of ammonia monooxygenase inhibition in Nitrosomonas europaea by hydrocarbons and halogenated hydrocarbons in an optimized whole-cell assay. Appl. Environ. Microbiol., 1993, 59:2501-2510.）。即：部分硝化细菌在氧化N素（NH₃）化合物的同时，可以对多种C素化合物进行氧化。

与化学反应对照，生物反应大多在水相而非有机相中反应，且具有反应条件温和、微生物产生的酶具有催化高效性和专一性、代谢过程可调控、对环境污染小、易于放大生产等优势。采用生物氧化法制备氧化石墨，氧化条件及过程温和可控、氧化程度相对于化学法较低、氧化产生的结构缺陷较少，可成功克服化学氧化法制备氧化石墨烯的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿色低缺陷的硝化细菌生物氧化石墨及其制备方法。

一种硝化细菌生物氧化石墨，相对于化学氧化法制备得到的氧化石墨，具有含氧基团比例较低、缺陷较少、石墨的优异特性得以最大程度保持等结构特点和优点，有利于其开发研究，拓展应用范围；而化学氧化法制备的氧化石墨中，氧化程度过高，含有大量的含氧基团，结构缺陷较多，降低了其原本具有的优异性能，限制了其应用范围。 

实现本发明的技术解决方案为：一种硝化细菌生物氧化石墨的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将石墨分散到水中，超声分散，形成均匀的石墨分散液；

第二步，将第一步所得石墨分散液加入到硝化细菌培养基中，灭菌，冷却，接种，于恒温振荡培养箱中培养数天，进行生物氧化；

第三步，将第二步所得硝化细菌生物氧化石墨静置、离心，采用稀盐酸、乙醇、水多次反复清洗、离心沉淀，溶解去除氧化过程中生成的菌体、代谢产物及其它离子，获得初次生物氧化石墨；

第四步，将第三步得到的硝化细菌生物氧化石墨沉淀于水中超声，静置或离心，分别对上清液及沉淀进行真空干燥，制备得到不同氧化程度的纯净硝化细菌生物氧化石墨。

本发明一种硝化细菌生物氧化石墨的制备方法，第一步中石墨质量浓度为0.1%-8%，超声时间为10-360 min。

本发明一种硝化细菌生物氧化石墨的制备方法，第二步中石墨浓度为0.02-0.8mg/mL。

本发明一种硝化细菌生物氧化石墨的制备方法，第二步中硝化细菌培养基成分包括 (NH₄)SO₄ 0.24g/L，琥珀酸钠 2.81g/L，维氏盐溶液50mL/L，pH7.0，高压蒸汽湿热灭菌15-30min，灭菌温度为118-123℃；接种量为2%-20%、培养温度25-35℃、转速为50-220r/min、培养时间为1天-10天。