[发明专利]一种甲烷驱动微生物燃料电池阳极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种甲烷驱动微生物燃料电池阳极及其制备方法和应用，本发明阳极可直接将甲烷通过阳极内部微孔传递至阳极表面的微生物膜，从而大幅提升甲烷生物可利用性和产电性能。通过本方法制备的气体扩散布阳极具有气体传质和电流传输的双重功能：一是作为气体分散装置促进甲烷传质及直接供给微生物；二是作为电极和产电微生物膜生长的载体。由本气体扩散布阳极构建的电池的最大电压可达0.63V，最大电流密度为1019.2mA/m²，是普通碳布阳极的149.9倍，其最大功率密度可达419.5mW/m²。

技术领域

本发明涉及一种甲烷驱动微生物燃料电池阳极及其制备方法和应用。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物为催化剂将有机/无机底物转化为电能的装置。电池中的微生物，通常被称为电活性微生物，在阳极负责有机物的氧化降解。反应产生的电子释放阳极后经外电路传递至阴极产生电流。微生物燃料电池在废水污染物处理和开发新能源方面展示出光明的应用前景。目前，微生物燃料电池的底物主要为水溶性有机物，如淀粉、葡萄糖、乳酸、乙酸等。然而甲烷气体作为微生物燃料电池的底物仍存在较大的技术问题，其主要原因是气体难溶于水，传质速率慢，导致气体的生物可利用性较低。

迄今为止，甲烷驱动的微生物燃料电池已经被证实可成功运行，但产电功率微弱。传统的阳极(如石墨板等)加直接曝气方式难以满足气体燃料高效供给和利用的需求。提升甲烷驱动的微生物燃料电池的性能首先需要解决甲烷供给的问题，增强微生物对甲烷的获取能力。因此，设计一种高效的甲烷供给阳极是对于开发高性能甲烷驱动微生物燃料电池技术极具应用价值。

发明内容

针对上述问题，本申请发明了一种制备甲烷驱动微生物燃料电池阳极的方法。该阳极可直接将甲烷通过阳极内部微孔传递至阳极表面的微生物膜，从而大幅提升甲烷生物可利用性和产电性能。通过本方法制备的气体扩散布阳极具有气体传质和电流传输的双重功能：一是作为气体分散装置促进甲烷传质及直接供给微生物；二是作为电极和产电微生物膜生长的载体。

本发明的目的之一在于提供一种高电化学活性气体扩散布阳极。

本发明的另一目的在于提供一种甲烷驱动的微生物燃料电池及其制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种富集厌氧甲烷氧化菌和产电菌的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种高电化学活性的气体扩散布阳极，该阳极由复合导电布料粘附在塑料管外表面形成，同时，复合导电布料外表面还缠绕有导电丝，构成阳极的导线；

所述塑料管壁带微孔，且一端密封，另一端与一导气管连接，通过该导气管向塑料管内输入目的气体；

所述复合导电布料由冲锋衣布与碳布粘合在一起形成，碳布粘附在冲锋衣布的聚四氟乙烯涂层薄膜面的反面，

所述复合导电布料的冲锋衣布的聚四氟乙烯涂层薄膜面与塑料管外表面粘附在一起。

进一步的，所述冲锋衣布的微孔大小为100～500nm。

进一步的，所述碳布为导电性石墨碳布。

进一步的，所述塑料管壁微孔的孔径为1mm～2mm。

进一步的，除了复合导电布料能够缓慢释放甲烷气体外，阳极的所有连接处都是完全密封不透气的。

进一步的，所述导电丝为钛丝。

进一步的，冲锋衣布与碳布粘合在一起所用的粘合剂为Nafion溶液或导电胶水。

进一步的，所述Nafion溶液的浓度为8～13％w/v。

进一步的，用AB胶水或聚亚安酯胶水将冲锋衣布的聚四氟乙烯涂层薄膜面与塑料管外表面粘附在一起。