[发明专利]一种玉米芯催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池

说明书

本发明公开了一种玉米芯催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池。涉及生物电化学领域。该催化剂的材料为玉米芯，催化层的制备方法是通过将玉米芯材料负载到碳布的方法得到微生物燃料电池负载有玉米芯碳布的阴极。通过该方法制备的微生物燃料电池，其玉米芯催化剂的原料与贵金属铂及其合金材料相比，预处理较易、低廉、来源广泛，制备的负载有玉米芯催化剂的阴极具有较稳定的输出电压、较强的导电性能、较稳定的功率密度、有利于氧化还原反应的反应进程，在微生物燃料电池中成本较为低廉、功率密度较高、运行较稳定能广泛应用于包括微生物燃料电池、锂电池或超级电容器等领域。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，更具体的涉及一种玉米芯催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池。

背景技术

以活性污泥工艺和生物膜工艺为代表的好氧处理技术一直作为污水处理的主要方法，传统的厌氧处理工艺的应用虽有所增长，但其主要限于高浓度废水的处理。现阶段，能源问题成为全球迫在眉睫需要考虑的问题，更是我国经济社会进一步发展的制约因素，因此，寻求经济效益好、资源消耗少、环境污染小的处理技术显得十分迫切。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。微生物燃料电池具有易于操作，成本相对较低的优势，不仅可以把污水处理由一个耗能产业转变成为一个产能单位，还可以把化学能转化为电能，是一种清洁的可持续能源。

然而，目前关于微生物燃料电池的研究还处于起步阶段，其发展仍然面临许多挑战。特别是，较低的输出功率和较高的原料成本是限制该技术商业化和工程实际应用的主要障碍，然而，改善阴极反应条件可以有效提高微生物燃料电池输出功率及污染物去除率。本实验利用将玉米芯材料负载到碳布的方法得到微生物燃料电池负载有玉米芯碳布的阴极。玉米芯催化剂的原料与贵金属铂及其合金材料相比，预处理较易、低廉、来源广泛，制备的负载有玉米芯催化剂的阴极具有较稳定的电压、较强的导电性能、较稳定的功率密度、有利于氧化还原反应的反应进程，微生物燃料电池中成本较为低廉、功率密度较高、运行较稳定。

发明内容

本发明实施例提供一种玉米芯催化剂，催化层的制备方法及燃料电池，用以解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的原料成本。

本发明实施例提供一种玉米芯催化剂的制备方法，包括：

将按照设定尺寸切块的玉米芯在设定温度下进行烘干，将烘干后的所述玉米芯通过粉碎机得到玉米粉，将所述玉米粉通过100目筛子过滤；

将过滤后的所述玉米粉放置到管式炉分别按照设定温度以及设定时间进行灼烧，得到玉米芯催化剂，其中，所述设定温度分别为：250℃，350℃，450℃，550℃，650℃和750℃，所述设定时间为120min。

优选地，所述玉米芯通过粉碎机粉碎时间为每次5～8min。

优选地，所述设定尺寸为每个所述玉米芯的长度为4cm；所述设定温度为40℃。

本发明实施例还提供一种催化层的制备方法，包括：

将玉米芯催化剂和乙炔黑按照质量比1:4放置到配料容器内，向所述配料容器内逐滴添加与所述玉米芯催化剂质量比为1:11～12的去离子水；

向所述配料容器内依此加入与所述玉米芯催化剂质量比为1：31～32：26～27的浓度为5％的Nafion溶液和纯异丙醇溶液并搅拌，得到悬浮液；

将所述悬浮液涂覆到碳布上，所述碳布上形成厚度介于0.3～0.5mm的涂层，将带有涂层的所述碳布至少干燥24h后，得到催化层。