[发明专利]一种微生物燃料电池阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物燃料电池领域，具体涉及一种微生物燃料电池阳极及其制备方法。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)是微生物氧化有机物释放电子，并将电子传递到外电路形成回路的一种化学能转换为电能的新型装置。基于此种电化学系统，在处理污染物的同时又能产生电能，被认为是一种绿色环保技术，在能源、环境等领域引起大家广泛的关注。但由于其产生的功率密度相比于其他的燃料电池较低，也就限制了它的产业化发展。如何提高功率密度是现今微生物燃料电池的一大挑战。阳极决定着细菌的附着量，而且还关系着电子与电极之间的传递。为此，阳极对提高整个电池的功率密度至关重要。选择具有潜力的阳极修饰材料，解析阳极表面特性对微生物产电特性的影响，对提高微生物燃料电池的产电能力具有重要的理论意义与应用价值。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种微生物燃料电池阳极。

本发明的另一目的在于提供上述微生物燃料电池阳极的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种微生物燃料电池阳极，由碳载体、催化剂和导电聚合物构成；所述催化剂为氧化锰、氧化锌、氧化钨和氧化钼中的至少一种。

优选地，所述碳载体为碳毡和碳布中的一种。

优选地，所述导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺和聚3,4-乙烯二氧噻吩中的至少一种。

上述微生物燃料电池阳极的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将含锰、锌、钨或钼的化合物加入到盐酸中搅拌溶解，然后加入草酸和硫酸铵调节溶液的PH＝2～3，得到混合溶液；

(2)将碳载体加入到步骤(1)所得混合溶液中，超声处理后加热至150-250℃反应10-20h；反应完成后将碳载体取出，清洗、干燥后于空气气氛及400～500℃温度下煅烧1～3h，得到负载催化剂的碳载体；

(3)将步骤(2)所得负载催化剂的碳载体加入到导电聚合物的单体溶液中，通过电沉积在负载催化剂的碳载体上制备导电聚合物，得到所述微生物燃料电池阳极。

优选地，步骤(1)中所述盐酸的浓度为1～2mol/L。

优选地，步骤(2)中所述清洗是指用去离子水清洗，所述干燥是指在60～80℃温度下干燥。

优选地，步骤(3)中所述导电聚合物的单体溶液是指吡咯溶液、苯胺溶液和3,4-乙烯二氧噻吩溶液中的至少一种；导电聚合物的单体溶液的质量浓度为0.5％～5％。

优选地，步骤(3)中所述电沉积的条件为：以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极和碳载体为工作电极形成一个电池，以10mV/s的扫速从0V到0.6V。

本发明的原理为：通过氧化锰、氧化锌、氧化钨和二氧化钼的附着，使得电极具有较大的比表面积，并且有利于电子的传输以及有利于细菌的附着在其表面形成生物膜，有利于微生物的生长。同时，导电聚合物的沉积有利于电子的传递。从而，提高微生物燃料电池的功率密度。

本发明的制备方法及所得到的微生物燃料电池阳极具有如下优点及有益效果：

(1)氧化锰、氧化锌、氧化钨和二氧化钼纳米线沿着碳载体纤维的轴向均匀生长。这样表面形貌具有较大的比表面积，并且有利于电子的传输以及有利于细菌的附着在其表面形成生物膜。并且，在上面电沉积导电聚合物，可以提高电极的导电性，保障了电子的快速传递。

(2)附着氧化锰、氧化锌、氧化钨和二氧化钼纳米线的电极相比于空白碳载体具有很好的的亲水性。较好的亲水性材料有利于生物膜的形成，从而提高微生物燃料电池的输出功率。

附图说明

图1为本发明实施例1最终所得微生物燃料电池阳极(b)与未修饰碳毡(a)的扫描电镜图。

图2为分别以实施例1所得微生物燃料电池阳极及未修饰碳毡作为工作电极的微生物燃料电池的功率密度曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的微生物燃料电池阳极的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将2.5g钨酸钠加入到1mol/L的盐酸中搅拌2h溶解，然后加入草酸和硫酸铵调节溶液的PH＝2，得到混合溶液；

(2)将碳毡加入到步骤(1)所得混合溶液中，超声处理2h后加热至150℃反应20h；反应完成后将碳毡取出，用去离子水清洗、80℃干燥后于空气气氛及500℃温度下煅烧1h，得到负载氧化钨的碳毡；