[发明专利]一种微生物燃料电池磁性三维凝胶球阳极材料和制备方法

说明书

本发明公开了一种微生物燃料电池磁性三维凝胶球阳极材料和制备方法。具体步骤如下：(1)向氧化石墨烯分散液中滴加FeCl₂溶液，得到氧化石墨烯‑FeCl₂分散液；(2)向分散液中逐滴滴加苯亚磺酸钠，得到氧化石墨烯‑FeCl₂‑苯亚磺酸钠分散液；(3)向分散液中加入冰醋酸；(4)将壳聚糖加入到分散液中，得到浆液；(5)将浆液加至NaOH溶液中，得到凝胶球；(6)将凝胶球恒温加热，得到凝胶球阳极。本发明方法简单，条件温和，制作成本低；得到的电极比表面积大，生物相容性好；凝胶球电极作为微生物燃料电池阳极室填充物，不仅增加了胞外电子的转移能力，还大大提高了阳极室的空间利用率。

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池磁性三维凝胶球阳极材料和制备方法，属于新能源和资源化利用技术领域。

背景技术

随着石油、煤炭及天然气等资源的日益枯竭，人们逐渐开始意识到从生产生活废弃物中实现资源化利用的重要性，并且各个国家都在努力开发新技术以实现能源的二次利用。比如利用传统方法处理生活污水不仅消耗大量的能源，而且占地面积巨大。此类有机废水本身还有丰富的营养物质，蕴含有巨大的能量，而微生物燃料电池以微生物催化氧化有机污染，把储存在污水中的化学能转化为电能，同时还可以净化污水，是二十一世纪具有重要发展潜力的绿色能源技术。

微生物催化降解污染物并产生电子的过程主要发生在阳极电极材料表面，阳极材料的表面粗糙度、比表面积、导电性、化学稳定性以及生物相容性等性能都会影响微生物在其表面的生长，从而严重影响微生物燃料电池的性能。目前普遍使用的电极材料主要有碳纸、碳布、碳毡、碳刷、石墨片或石墨棒等碳材料，这类碳材料的使用虽然极大程度上促进了胞外电子的转移能力和能量输出，但是对于阳极室的空间利用率和阳极材料的生物相容性等仍具有很大的提升空间。

由于四氧化三铁(Fe₃O₄)具有优良生物相容性，通常将Fe₃O₄粉末掺杂在阳极材料中，以提高阳极材料的生物相容性和导电性。另外，壳聚糖具有很好的弹性和记忆性，是一种具有良好的生物稳定性的材料，有利于微生物的大量富集生长，通过对其进行一定的修饰可以大大增加其导电性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微生物燃料电池磁性三维凝胶阳极材料的制备方法。本发明方法简单易得，成本低廉；该磁性三维凝胶较大程度上减少了电极材料的制作费用。

本发明的另一个主要目的是利用上述方法制得的三维磁性石墨烯凝胶球阳极。

本发明可以通过以下技术方案来实现。

本发明提供一种微生物燃料电池磁性三维凝胶球阳极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)取2～8mg/mL氧化石墨烯分散液50～100mL，向其中逐滴滴加0.1～1mol/L的FeCl₂溶液10～100mL，滴加结束后，在超声清洗机中超声清洗，使分散均匀，得到氧化石墨烯 -FeCl₂分散液；

(2)向氧化石墨烯-FeCl₂分散液中逐滴滴加0.1～1mol/L的苯亚磺酸钠5～50mL，滴加结束后，在超声清洗机中超声清洗，使分散均匀，得到氧化石墨烯-FeCl₂-苯亚磺酸钠分散液；

(3)向步骤(2)得到的氧化石墨烯-FeCl₂-苯亚磺酸钠分散液中，加入1～3mL的冰醋酸，搅拌1～5min；向其中加入2～8g的壳聚糖，加完后，先快速搅拌60～120min，然后将转速调至50～200r/min，搅拌60～120min，最后静置2～4h，得到分散均匀的无气泡的浆液；

(4)将步骤(3)所得的浆液逐滴滴加至100～250mL的0.8～1.2mol/L的NaOH溶液中，并静置12～24h，得到凝胶球前驱体；