一种电活性生物膜的成膜方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种电活性生物膜的成膜方法及其应用，方法包括：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁‑还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁‑还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。该方法通过磁场作用将氮掺杂的四氧化三铁‑还原氧化石墨烯/电活性菌的生物聚合体快速吸附到基体上，得到电活性生物膜。该方法能够快速形成电活性生物膜，且其具有较好的产电性能。该过程方便简捷，无需贵重设备，是一种快速、高效、廉价、环保、简便、稳定、可控的电活性生物膜快速成膜方法。

A Film Forming Method of Electroactive Biofilm and Its Application

The present invention provides an electroactive biofilm forming method and its application. The method includes: mixing graphene oxide solution, ferrous salt and nitrogen-containing conductive polymer by ultrasound, heating and drying to obtain solid products; reheating the solid products in an oxygen-free atmosphere to obtain nitrogen-doped ferric oxide. The nitrogen-doped ferric oxide, reduced graphene oxide and electroactive bacteria are mixed, and the obtained biopolymer is adsorbed on the substrate under the action of magnetic field to obtain electroactive biofilm. In this method, nitrogen-doped ferrous oxide (Fe3O4) reduced graphene oxide (GROO) / electroactive bacteria (EAB) biopolymer was rapidly adsorbed onto the substrate by magnetic field, and the electroactive biofilm was obtained. The method can form electroactive biofilm quickly and has good electricity generation performance. The process is simple, convenient and does not need valuable equipment. It is a fast, efficient, cheap, environmentally friendly, simple, stable and controllable method for rapid electroactive biofilm formation.

【技术实现步骤摘要】
一种电活性生物膜的成膜方法及其应用
本专利技术属于电活性生物膜
，尤其涉及一种电活性生物膜的成膜方法及其应用。
技术介绍
电活性生物膜，具有将电子传递到胞外环境中的能力，它们不仅参与环境中的关键元素地球化学循环过程，同时也能应用到微生物电化学系统、生物传感器和生物计算中系统中。但是，在自然环境下形成生物膜是一个十分缓慢的过程，因为它不仅有微生物与基质间的反应，还有微生物之间的富集，会受到营养物质分布不均匀和与基质反应不充分等限值因素的影响。因此，发掘能替代自然生物膜的高性能人造生物膜，已经成为了人们热切关注的问题。传统的人造生物膜制备方法，主要是通过一些介质，例如聚四氟乙烯，将生物膜固定在电极表面，这一过程不可避免地会减少生物膜的完整性，甚至会破坏其中微生物的活性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电活性生物膜的成膜方法及其应用，该方法能够快速形成电活性生物膜，且其具有较好的产电性能。本专利技术提供了一种电活性生物膜的成膜方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。优选地，所述二价铁盐选自醋酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。优选地，所述含氮导电聚合物选自聚吡咯和/或聚苯胺。优选地，所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯、二价铁盐和含氮导电聚合物的质量比为0.006～0.03:15～50:15～50。优选地，所述加热的温度为150℃～200℃，加热的时间为8～12h。优选地，所述干燥的时间为10～24h；所述超声的时间为8～12min。优选地，所述干燥的方式选自冷冻干燥或真空干燥。优选地，所述再次加热的温度为500～700℃，再次加热的时间为2～5h。优选地，所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯的质量和电活性菌的体积比为(4～8)mg:1mL。本专利技术提供了一种微生物电化学系统，包括工作电极、辅助电极和参比电极；所述工作电极的表面附有由上述技术方案所述成膜方法制备的电活性生物膜。本专利技术提供了一种电活性生物膜的成膜方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。该方法通过磁场作用将氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯/电活性菌的生物聚合体快速吸附到基体上，得到电活性生物膜。该方法能够快速形成电活性生物膜，且其具有较好的产电性能。该过程方便简捷，无需贵重设备，是一种快速、高效、廉价、环保、简便、稳定、可控的电活性生物膜快速成膜方法。实验结果表明：电活性生物膜的电流密度达到约0.20～0.23mA/cm2。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的四氧化三铁-还原氧化石墨烯的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1中制备的氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例2中四氧化三铁-还原氧化石墨复合材料在磁场下形成生物膜过程的时间和电流密度响应图；图4为本专利技术实施例2中氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨复合材料在磁场下形成生物膜过程的时间和电流密度响应图；图5为还原氧化石墨烯在磁场下工作电极ITO玻璃上形成生物膜的SEM图；图6为实施例2制备的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料在磁场下工作电极ITO玻璃上形成生物膜的SEM图；图7为实施例2制备的氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料在磁场下工作电极ITO玻璃上形成生物膜的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种电活性生物膜的成膜方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。该方法通过磁场作用将氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯/电活性菌的生物聚合体快速吸附到基体上，得到电活性生物膜。该方法能够快速形成电活性生物膜，且其具有较好的产电性能。该过程方便简捷，无需贵重设备，是一种快速、高效、廉价、环保、简便、稳定、可控的电活性生物膜快速成膜方法。本专利技术将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物。本专利技术优选将氧化石墨烯溶液和二价铁盐先超声混合，然后再加入含氮导电聚合物超声混合；更优选地，将氧化石墨烯溶液和二价铁盐先超声混合8～12min，然后再加入含氮导电聚合物超声混合8～12min。在本专利技术具体实施例中，氧化石墨烯溶液和二价铁盐先超声混合10min，然后再加入含氮导电聚合物超声混合10min。在本专利技术中，所述氧化石墨烯溶液优选采用Hummers法制得。所述氧化石墨烯溶液的浓度优选为1～5mg/L，更优选为2～5mg/L。在本专利技术具体实施例中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1.5mg/L。在本专利技术中，所述二价铁盐优选选自醋酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。在本专利技术中，所述含氮导电聚合物选自聚吡咯和/或聚苯胺。在本专利技术中，所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯、二价铁盐和含氮导电聚合物的质量比优选为0.006～0.03:15～50:15～50，更优选为0.007～0.025:15～40:15～40。在本专利技术具体实施例中，所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯、二价铁盐和含氮导电聚合物的质量比为0.009:20:20。在本专利技术中，所述氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合后加热的温度优选为150℃～200℃，更优选为160～190℃，加热的时间优选为8～12h，更优选为10～12h。在本专利技术具体实施例中，所述加热的温度为180℃，时间为12h。在本专利技术中，所述干燥的方式优选选自冷冻干燥或真空干燥；所述干燥的时间优选为10～24h。得到固体产物后，本专利技术将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯(N-Fe3O4/rGO)。在本专利技术中，所述无氧气氛优选通过氮气实现。在本专利技术中，所述再次加热的温度优选为500～700℃，再次加热的时间优选为2～5h。在本专利技术具体实施例中，所述再次加热的温度为600℃，时间为3h。所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料中氮的掺杂能够使四氧化三铁-还原氧化石墨烯表面形成更多的正电荷，有利于复合材料快速地静电吸附表面带负电荷的微生物，形成生物聚合体。利用氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料带有磁性的特性，通过磁场作用将氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯和电活性菌的生物聚合体吸附到基体表面，形成一定厚度、稳定且可控的电活性生物膜。与传统生物膜相比，本专利技术提供的方法不仅快速、简便、稳定、可控，同时形成的生物膜能够产生更高的电流，在生物电化学系统及生物传感器的应用中具有一定的发展前景。得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电活性生物膜的成膜方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁‑还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁‑还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。

【技术特征摘要】
1.一种电活性生物膜的成膜方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、二价铁盐和含氮导电聚合物超声混合，加热，干燥，得到固体产物；将所述固体产物在无氧气氛下再次加热，得到氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯；将所述氮掺杂的四氧化三铁-还原氧化石墨烯和电活性菌混合，得到的生物聚合体在磁场作用下吸附在基体上，得到电活性生物膜。2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述二价铁盐选自醋酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述含氮导电聚合物选自聚吡咯和/或聚苯胺。4.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯、二价铁盐和含氮导电聚合物的质量比为0.006～0.03:15～50:15～50。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁勇，罗晓珊，王逸，周丽华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44