[发明专利]一种导电复合物修饰碳基材料微生物燃料电池复合阳极的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种导电复合物修饰碳基材料微生物燃料电池复合阳极的制备方法，属于新能源与环境工程中的微生物燃料电池技术领域。 

背景技术：

目前，全球能源危机和水体污染问题日益加剧，而生物质新能源的开发和利用研究备受瞩目。生物质热解产能，生物产甲烷，生物制氢以及微生物发电等生物技术已经成为新世纪各个国家新能源开发及利用的重要战略。在这些技术中，微生物燃料电池技术因其独特的产能方式被认为是高效开发生物质能最有前景的新技术之一。 

微生物燃料电池是一种结合了废水处理和生物产电的新技术，其特点是利用微生物细菌作为生物催化剂将废水中有机物中的化学能转变为电能。通过微生物燃料电池这一技术既可以达到降解水中有机污染物，净化环境的目的，同时又能够产生清洁无污染的电能。因此，微生物燃料电池技术是一项绿色环保的新能源技术，为高效开发生物质能，合理解决环境污染和能源匮乏问题提供了切实可行的解决方案，具有很好的应用前景。 

理论上，微生物燃料电池具有很高的能量转化效率，然而，目前由于输出功率太低，对其研究仍处于实验室研究阶段。影响微生物燃料电池输出功率的因素有底物降解速率、电子由微生物向阳极传递速率、外电路电阻、质子传递速率、阴极反应速率等。其中在微生物燃料电池利用有机物产生电能的整个过程中，起决定作用的是电子在阳极部分的传递。而产电微生物能否快速地附着在阳极上，并顺利地将电子传递给阳极，阳极材料又是直接的决定因素。因此选择性能优良的阳极材料，分析阳极材质和表面特性对微生物产电特性的影响，强化电子从微生物向阳极传递的过程，对提高微生物燃料电池的产电能力具有十分重要的意义。 

发明内容：

本发明的目的在于针对现有微生物燃料电池存在产电效率低的缺点，提供一种聚3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管导电复合物修饰碳基材料微生物燃料电池复合阳极的制备方法。制备过程中利用电化学方法，与常规化学法相比，减少了有毒试剂的使用，缩短了修饰电极的制备工艺，节约了制备成本。修饰后的阳极具有特殊的表面效应、良好的电化学活性和导电性，因而有利于微生物的附着和电子的传递，能显著提高微生物燃料电池的产电性能。 

为了实现上述发明目的，本发明方法按照如下步骤操作： 

第一步，多壁碳纳米管的纯化：将直径为8~15nm，长度为30~60μm的多壁碳纳米管放置烧杯中，加入混酸溶液（V[浓H₂SO₄]:V[HNO₃]=3:1），30~60℃下，40~80Hz超声6~8h， 形成碳纳米管酸液，用去离子水洗涤至中性，真空抽滤，再用无水乙醇洗涤5~8次，再继续反复超声洗涤3~5次（5min/次），真空抽滤，直至滤液透明无色，将纯化的碳纳米管真空干燥； 

第二步，将纯化的多壁碳纳米管放入0.1~0.5mol/L的支持电解质水溶液中，其中支持电解质为硫酸盐、硝酸盐或高氯酸盐，多壁碳纳米管含量在5%~20%，超声15~30min，使碳纳米管分散于溶液中；再向其中加入3,4-乙烯二氧噻吩单体，浓度在0.01~0.02mol/L，超声4~6h，制备分散良好的3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管悬浮溶液； 

第三步，利用电化学工作站，采用三电极体系，以预处理后的碳基材料阳极作为工作电极，以铂电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，将三电极放入制备的悬浮溶液中，采用循环伏安法，设置聚合电位为-0.8~1.3V，扫描频率为50mV/s，聚合圈数为8、16、24或32圈，将3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管导电复合物电沉积聚合在阳极表面，形成一层导电薄膜，修饰后将电极放入真空干燥箱中，干燥后用去离子水洗去电极表面的杂质，室温晾干，即制得导电复合物修饰碳基材料微生物燃料电池复合阳极。 

本发明方法所述碳基材料阳极为石墨棒、碳棒、碳布或碳纤维。