石墨烯是近年來最重要的碳納米材料,石墨烯產(chǎn)業(yè)得到國家的大力扶持,多條百噸級石墨烯生產(chǎn)線建成投產(chǎn),石墨烯電池、石墨烯面膜、石墨烯輪胎、石墨烯觸摸屏等多種產(chǎn)品商業(yè)化成功。隨著石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)、使用和廢棄,石墨烯正在進入環(huán)境,將對環(huán)境造成未知的危害,需要對其環(huán)境生物效應(yīng)進行全面的研究。生物固氮是氮循環(huán)最重要的環(huán)節(jié)之一,其中固氮菌扮演不可替代的角色。當(dāng)石墨烯進入環(huán)境將與固氮菌相互作用,對固氮菌的生長和石墨烯自身的性質(zhì)都可能產(chǎn)生影響,進而產(chǎn)生不同的石墨烯環(huán)境納米生物效應(yīng)。因此,研究石墨烯在固氮菌培養(yǎng)體系中的生物效應(yīng)與轉(zhuǎn)化是當(dāng)前石墨烯環(huán)境生物安全性評價的重要方向。在本論文中,選取了典型的自生固氮菌褐球固氮菌為固氮菌模型,測定氧化石墨烯對褐球固氮菌的毒性和石墨烯在褐球固氮菌培養(yǎng)體系中的轉(zhuǎn)化,評價氧化石墨烯的環(huán)境納米生物效應(yīng)。采用改進的Hummers法制備了氧化石墨烯,對其進行了系統(tǒng)的表征,包括透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、紅外光譜、X射線光電子能譜、拉曼光譜等,獲得其結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的信息。配置0-1.0 mg/mL不同濃度的氧化石墨烯加入到褐球固氮菌培養(yǎng)體系中培養(yǎng)2h-14天,測定了褐球固氮菌的生長曲線;同時利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對褐球固氮菌的形貌和超微結(jié)構(gòu)進行觀察;對土壤中褐球固氮菌的生長情況也進行了測定。進而分離了培養(yǎng)體系中的氧化石墨烯,測定了不同培養(yǎng)時間后氧化石墨烯的紅外光譜、X射線光電子能譜、X射線衍射譜、拉曼光譜、透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡,分析氧化石墨烯官能團、組成、形貌的變化。通過上述實驗主要取得的結(jié)果如下:(1)氧化石墨烯對褐球固氮菌的生長和結(jié)構(gòu)有影響,表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)。氧化石墨烯對褐球固氮菌的毒性具有明顯的劑量依賴,低濃度刺激褐球固氮菌生長,高濃度則表現(xiàn)為抑制作用。低濃度下,褐球固氮菌的形貌基本與空白組一致;高濃度下褐球固氮菌逐漸出現(xiàn)細胞壁破損、細胞質(zhì)流失。同時還觀察到石墨烯易于與褐球固氮菌分泌物形成團聚塊狀物,使得掃描電鏡下觀察固氮菌極為不易。即使在低濃度下,氧化石墨烯可導(dǎo)致褐球固氮菌直徑變小;高濃度下褐球固氮菌超微結(jié)構(gòu)破壞嚴重,細胞壁外可見石墨烯附著。劑量效應(yīng)在土壤培養(yǎng)的褐球固氮菌中也被觀測到,氧化石墨烯仍然表現(xiàn)出低濃度刺激、高濃度抑制的生物效應(yīng)。(2)氧化石墨烯進入褐球固氮菌培養(yǎng)體系被迅速還原,隨后的培養(yǎng)過程對其有微弱的氧化作用。氧化石墨烯進入褐球固氮菌培養(yǎng)體系迅速被體系中已有的培養(yǎng)基和褐球固氮菌分泌物還原,氧含量下降明顯、碳含量升高。由于含氧基團仍然存在,還原前后的紅外光譜無顯著差異。還原后的氧化石墨烯顏色變深,堆疊加劇,表現(xiàn)為X射線衍射譜圖的出峰朝大角度移動,即石墨烯片層間距減小。還原反而增加了石墨烯層的缺陷,拉曼光譜的I_D/I_G值顯著增加。隨著培養(yǎng)時間延長,石墨烯樣品的變化較小,含氧量略有增加、缺陷反而稍微減少。石墨烯層的堆疊仍然嚴重,透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察都發(fā)現(xiàn)石墨烯堆疊嚴重,失去了單層石墨烯的銳利圖像。
【學(xué)位單位】：西南民族大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;X172
【部分圖文】：

分散液和氧化石墨烯的分散液：a)氧化石墨分散液；b)液。sion of graphite oxide dispersion and graphene oxide: a)dispersion; b) graphene oxide dispersion. 分散液用冷凍干燥機凍干，得到凍干的氧化石墨品進行表征：用濺射涂布機噴金涂布后，將制得的樣品利用 SE溴化鉀（光譜純）的比例為 1：700 混合，研磨析檢測。取少量凍干樣品直接進行 Raman 檢測分磨后裝入樣品槽后推入 X 射線衍射儀進行表征。送往天合科研協(xié)作中心（山東濟寧，中國）利用（XPS），AFM 進行表征。

控制溫度 30℃，培養(yǎng) 24h。2)刮取培養(yǎng)基斜面上的褐球固氮菌加入到阿須貝液體培養(yǎng)基中，在水器（以下簡稱“搖床”）培養(yǎng) 24h，控制溫度 30℃振蕩速度 100rpm。3)取 0.1mL 菌液加入阿須貝固體培養(yǎng)基中涂板，將平板放入至恒溫下簡稱“培養(yǎng)箱”）中培養(yǎng) 24h。4)取出培養(yǎng)好的褐球固氮菌平板，挑取單個健康菌落加入到液體培養(yǎng) 18h。5)重復(fù) 3) - 4)步驟 3 次，將篩選好的褐球固氮菌挑取單個菌落加入菌固氮菌說明書中配套的褐球固氮菌液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)時間 18hL 菌液加入固氮菌固體培養(yǎng)基中涂板，放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 24h。以上復(fù)蘇后經(jīng)過篩選擴增的褐球固氮菌就可以正常實驗了，菌落呈乳色（如圖 2-2），光滑有黏度，生長周期約 14 天，14 天后可以明顯的始慢慢泛黃，同時菌落開始失去光澤，變的干燥[20]。

GO的TEM和AFM表征數(shù)據(jù)

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 毛超;漆良華;;森林土壤氮轉(zhuǎn)化與循環(huán)研究進展[J];世界林業(yè)研究;2015年02期

2 田甜;呂敏;田e

本文編號：2829418