萘降解细菌对石墨材料氧化作用的研究

发布时间：2017-10-12 11:15

  本文关键词：萘降解细菌对石墨材料氧化作用的研究

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【摘要】：如今,化学方法氧化石墨是制备氧化石墨的常用手段,但该方法存在着若干缺点。首先,化学氧化方法普遍要使用大量的强氧化剂在浓酸条件下反应,这造成了石墨烯晶面的缺陷,并提高了成本并引起环境问题；其次,随着碳材料的广泛应用和量产,对废弃物的处理有着重要意义,碳纳米颗粒已被证实对人体健康有着危害。因此亟需一种温和氧化石墨和降解碳纳米材料的方法。在本文中,我们以石墨矿土样为源,分离出一株对石墨材料有氧化能力的菌株,该菌可以以萘为唯一碳源生长,经初步鉴定,该菌属于假单胞菌属,这类细菌经常被用于降解有机污染物。石墨、石墨烯和氧化石墨烯被分别与细菌在有氧条件下混合培养14天,这些材料均出现了不同的氧化或降解的迹象。石墨与细菌混合培养后,颗粒表面被不均匀氧化,即样品不同位置的氧化程度不一,部分区域只经受了微弱的氧化或没有变化,部分区域被严重氧化并引起片层的剥离。相比于石墨,还原氧化石墨烯(RGO)有更高的比表面积和更多的缺陷,因此RGO经细菌处理后则呈现出更高的氧化程度,其氧含量达到了24 mmo1%。细菌处理后,氧化石墨烯(GO)片层孔洞明显增多、尺寸减小、含氧量下降。因此可推测,经细菌处理后,片层的部分区域转换为可溶性碎片从片层离去,形成了孔洞,同时含氧官能团的损失造成了GO氧含量的减少。本文中,作者亦对细菌氧化的机理也进行了初步探索,通过电化学实验研究细菌氧化的电子传递。实验证明,只有细菌和石墨材料接触才能发生电子传递,并且,在细菌氧化反应中,氧气并非直接被加入到石墨材料中,菌液中很可能存在中介物质起到氧化剂的作用。石墨的氧化需要细菌细胞和材料的有效接触,因此,从石墨剥离的片层的受到细胞大小的限制,导致了片层多数在1μm以内,同电镜结果一致。综上,本研究从石墨矿分离得到的萘降解细菌对石墨等碳材料具有一定的氧化能力,提供了温和氧化石墨以及降解石墨纳米材料的新思路和方法。
【关键词】：萘降解细菌 氧化 石墨烯 石墨 降解
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 石墨材料简介9-12
• 1.1.1 石墨烯性质9
• 1.1.2 石墨烯制备方法9-10
• 1.1.3 氧化还原法制备石墨烯10-12
• 1.2 细菌氧化石墨材料的必要性12-14
• 1.3 细菌氧化石墨材料的可能性14-17
• 1.3.1 细菌降解多环芳烃概述14-16
• 1.3.2 生物降解石墨材料概述16-17
• 1.4 本论文的研究目的、内容和意义17-19
• 2 石墨氧化细菌的筛选、分离和鉴定19-31
• 2.1 前言19
• 2.2 材料与仪器19-21
• 2.3 采样21-22
• 2.4 筛选22-24
• 2.4.1 实验方法23
• 2.4.2 实验结果与讨论23-24
• 2.5 对石墨氧化能力初步验证24-25
• 2.5.1 实验方法24
• 2.5.2 实验结果与讨论24-25
• 2.6 分离25-27
• 2.6.1 实验方法25-26
• 2.6.2 实验结果与讨论26-27
• 2.7 理化性质检测27-30
• 2.7.1 实验方法27-29
• 2.7.2 实验结果与讨论29-30
• 2.8 本章小结30-31
• 3 萘降解细菌对石墨材料的作用31-45
• 3.1 材料与仪器31
• 3.2 实验方法31-33
• 3.2.1 细菌处理石墨材料的制备31-32
• 3.2.2 样品表征32-33
• 3.3 实验结果与讨论33-44
• 3.3.1 细菌氧化石墨33-38
• 3.3.2 细菌氧化石墨烯38-41
• 3.3.3 细菌降解氧化石墨烯41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 细菌氧化石墨材料的机理研究45-58
• 4.0 材料与仪器45
• 4.1 电子传递实验45-49
• 4.1.1 实验方法45-47
• 4.1.2 实验结果与讨论47-49
• 4.2 细菌氧化石墨机理探索49-53
• 4.2.1 实验方法49
• 4.2.2 实验结果与讨论49-53
• 4.3 细菌降解氧化石墨烯机理探索53-56
• 4.3.1 实验方法53
• 4.3.2 实验结果与讨论53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 5 总结与展望58-60
• 5.1 总结58
• 5.2 本文创新点58-59
• 5.3 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-71
• 附录71

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本文编号：1018377