菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法技术

本发明专利技术公开了一种菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，包括：配制液体培养基，将真菌菌种接种到液体培养基中，震荡培养；将多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物以溶液或分散液的形式加入到液体培养基中，继续培养，将多余的液体培养基倒出，并用去离子水清洗，然后冷冻干燥，将干燥好的样品在N

【技术实现步骤摘要】
菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法
本专利技术属于超级电容器材料的制备领域，涉及一种菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法。
技术介绍
燃料电池、金属空气电池、染料敏化太阳能电池、锂离子电池和超级电容器作为一种高性能、低成本、环保的电化学储能转换系统，是一种替代传统化石燃料的新型能源设备。而杂原子(如N，S，P，Fe，Co和Ni)掺杂的碳材料由于独特的电子特性以及表面形貌，在这些器件的构造中显示出巨大的潜力。杂原子掺杂的碳材料作为一种超级电容器的电极材料，由于双层电容器和赝电容的协同效应，杂原子掺杂的碳材料具有极好的电容性能。近年来，已经发展的杂原子掺杂材料的制备方法大致可以分前处理和后处理法。前处理法分为CVD，组分分离法，生长法，溶剂热法，电弧放电法等。这些方法通常需要苛刻的条件以及特定的设备，使得它们的广泛应用受到，产量低也使得这些方法难以工业化。后处理方法通常是将材料在杂原子氛围中或是与杂原子前驱体一起在高温下热解处理。后处理虽然可以控制材料的掺杂量和形貌，但是不可避免地采用昂贵或者有毒的前驱体材料，使它们不适于实际应用。因此，寻找一种廉价、适于规模生产且环境友好的杂原子掺杂的碳材料的制备方法仍然是具有挑战的。生物富集，作为一种清洁、廉价、环境友好的杂原子掺杂方法，是解决杂原子掺杂碳材料面临问题的有效途径。真菌菌丝是一种具有三维网络结构的廉价碳源，它由孢子萌发形成，经过生长和缠绕，最终形成宏观的球体。真菌菌丝在其生长过程中需要必需的营养元素，包括碳源和氮源，因此可以在其生长和代谢过程中富集杂元素。N，P，S或Fe等元素在真菌菌丝生长过程中可通过添加多糖金属配合物进行掺杂。因此，寻找一种廉价、适于规模生产且环境友好的菌丝基掺杂的超级电容器材料的制备方法已成为材料开发研究的一个趋势。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，包括以下步骤：步骤一、配制培养基：按照每升液体培养基中含葡萄糖15～25克、蛋白胨2～3克、酵母粉2～3克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料混合均匀，使固体物溶解，在压力103.4千帕蒸汽压、温度120度的条件下维持15～20分钟进行灭菌，即制得灭菌后液体培养基；然后在250毫升锥形瓶中加入100毫升灭菌后的液体培养基；步骤二、将0.05～0.1g真菌菌种接种到100毫升的液体培养基中，并将其放在26～30℃的摇床中以150～200r/min的转速震荡培养0.5～1.5天；步骤三、将多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物以溶液或分散液的形式加入到液体培养基中，确保液体培养基中过渡金属配合物的浓度为200～600mg/L；继续培养2～4天后，将多余的液体培养基倒出，并用去离子水清洗5次，然后将其进行冷冻干燥，将干燥好的样品在N2气氛中煅烧1～3小时，然后自然降温；步骤四、在75～85℃下，将热解产物加入0.4～0.6mol/L的H2SO4溶液中搅拌回流8～12小时，然后通过离心收集并用去离子水洗涤至中性，并在60～80℃的温度下真空干燥，将真空干燥后的物料在NH3气氛中再次煅烧1～3小时；得到菌丝基掺杂的超级电容器材料；其中，所述多糖铁配合物的制备方法为：将多糖进行低温等离子体处理，得到预处理多糖；按重量份，取1～2份预处理水溶性壳聚糖加入80～100份水中，搅拌溶解，然后加入0.3～0.5份体积分数为0.8～1.2％的冰乙酸溶液，将8～12份氯化铁溶液加入后搅拌120～180min，加入无水乙醇，搅拌沉淀，抽滤，用无水乙醇洗涤，真空干燥；将干燥后的产物利用纳米球磨机球磨至粒径为100～500nm，得到多糖铁配合物；所述进行低温等离子体处理的气体为Ar/O2，气体的流量为0.05-0.08L/min/cm2，放电压强为10～30Pa，放电功率300～400W，温度为35-45℃，放电时间为3～5min；所述氯化铁溶液中溶质氯化铁的质量分数为5～8％。优选的是，所述真菌菌种为面包菇菌种、红平菇菌种、鸡腿菇菌种、草菇菌种、虫草菌种中的任意一种。优选的是，所述多糖铁配合物为枸杞多糖铁配合物、大豆多糖铁配合物、黄芪多糖铁配合物中的任意一种。优选的是，所述羧甲基壳聚糖铁配合物的制备方法为：将羧甲基壳聚糖进行低温等离子体处理，得到预处理羧甲基壳聚糖；按重量份，取5～10份预处理羧甲基壳聚糖加入80～100份水中，搅拌溶解，然后加入1～3份柠檬酸，同时加入氨水调节pH至5～6，加热至50～60℃，并加入5～10份氯化铁，搅拌反应60～90min，将反应后的物料在真空条件下，采用γ射线进行辐照，然后用乙醇常温沉化12h，抽滤，用乙醇洗涤，真空干燥；将干燥后的产物利用纳米球磨机球磨至粒径为100～500nm，得到羧甲基壳聚糖铁配合物。优选的是，所述进行低温等离子体处理的气体为Ar/O2，气体的流量为0.1-1L/min/cm2，放电压强为10～30Pa，放电功率350～500W，温度为45-55℃，放电时间为5～10min。优选的是，所述采用γ射线进行辐照的辐照剂量为50～80KGy，辐照剂量率为10～20KGy/h。优选的是，所述步骤三中，冷冻干燥是在零下80度、真空度1.3～5帕的条件下冷冻干燥72～96小时。优选的是，所述步骤三中，煅烧的升温过程为：以5～10℃/min的速度升温至100～300℃，保温15min；然后以1～2℃/min的速度升温至400～500℃，保温30min；然后以1～2℃/min的速度升温至600～1000℃，保温30～60min。优选的是，步骤四中，再次煅烧的升温过程为：以5℃/min的速度升温至600～1000℃。优选的是，所述步骤三中，多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物以溶液或分散液的形式加入时的浓度为3～5g/L；所述多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物的质量比为1～3:1～3。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)本专利技术的真菌菌丝提供了碳源和三维网络结构，而多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物提供铁源和氮源，制备的菌丝基掺杂的超级电容器材料的比表面积高、铁的掺杂量高；同时具有良好的电容性能，可广泛应用于储能、催化、环保等领域。(2)本专利技术制备工艺简单，操作方便，便宜，环保，易于宏量制备。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术实施例1制备的菌丝基掺杂的超级电容器材料的SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的菌丝基掺杂的超级电容器材料的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的菌丝基掺杂的超级电容器材料的TEM图；图4为本专利技术实施例1制备的菌丝基掺杂的超级电容器材料的TEM图。图5为本专利技术对比例6制备的碳材料的的SEM图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、配制培养基：按照每升液体培养基中含葡萄糖15～25克、蛋白胨2～3克、酵母粉2～3克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料混合均匀，使固体物溶解，在压力103.4千帕蒸汽压、温度120度的条件下维持15～20分钟进行灭菌，即制得灭菌后液体培养基；然后在250毫升锥形瓶中加入100毫升灭菌后的液体培养基；/n步骤二、将0.05～0.1g真菌菌种接种到100毫升的液体培养基中，并将其放在26～30℃的摇床中以150～200r/min的转速震荡培养0.5～1.5天；/n步骤三、将多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物以溶液或分散液的形式加入到液体培养基中，确保液体培养基中多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物的混合浓度为200～600mg/L；继续培养2～4天后，将多余的液体培养基倒出，并用去离子水清洗5次，然后将其进行冷冻干燥，将干燥好的样品在N

【技术特征摘要】
1.一种菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、配制培养基：按照每升液体培养基中含葡萄糖15～25克、蛋白胨2～3克、酵母粉2～3克、余量为水的原料组分和配比，取各组分原料混合均匀，使固体物溶解，在压力103.4千帕蒸汽压、温度120度的条件下维持15～20分钟进行灭菌，即制得灭菌后液体培养基；然后在250毫升锥形瓶中加入100毫升灭菌后的液体培养基；
步骤二、将0.05～0.1g真菌菌种接种到100毫升的液体培养基中，并将其放在26～30℃的摇床中以150～200r/min的转速震荡培养0.5～1.5天；
步骤三、将多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物以溶液或分散液的形式加入到液体培养基中，确保液体培养基中多糖铁配合物和羧甲基壳聚糖铁配合物的混合浓度为200～600mg/L；继续培养2～4天后，将多余的液体培养基倒出，并用去离子水清洗5次，然后将其进行冷冻干燥，将干燥好的样品在N2气氛中煅烧，然后自然降温；
步骤四、在75～85℃下，将热解产物加入0.4～0.6mol/L的H2SO4溶液中搅拌回流8～12小时，然后通过离心收集并用去离子水洗涤至中性，并在60～80℃的温度下真空干燥，将真空干燥后的物料在NH3气氛中再次煅烧1～3小时；得到菌丝基掺杂的超级电容器材料；
其中，所述多糖铁配合物的制备方法为：将多糖进行低温等离子体处理，得到预处理多糖；按重量份，取1～2份预处理多糖加入80～100份水中，搅拌溶解，然后加入0.3～0.5份体积分数为0.8～1.2％的冰乙酸溶液，将8～12份氯化铁溶液加入后搅拌120～180min，加入无水乙醇，搅拌沉淀，抽滤，用无水乙醇洗涤，真空干燥；将干燥后的产物利用纳米球磨机球磨至粒径为100～500nm，得到多糖铁配合物；所述进行低温等离子体处理的气体为Ar/O2，气体的流量为0.05-0.08L/min/cm2，放电压强为10～30Pa，放电功率300～400W，温度为35-45℃，放电时间为3～5min；所述氯化铁溶液中溶质氯化铁的质量分数为5～8％。


2.如权利要求1所述的菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，其特征在于，所述真菌菌种为面包菇菌种、红平菇菌种、鸡腿菇菌种、草菇菌种、虫草菌种中的任意一种。


3.如权利要求1所述的菌丝基掺杂的超级电容器材料的微生物富集制备方法，其特征在于，所述多糖铁配合物为枸杞多糖铁配合...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹文坤，雷佳，何嵘，李怡，陈涛，廉杰，罗勇，郭琪，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51