[发明专利]一种基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池

说明书

本发明公开了一种基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池。所述苍耳子生物炭是苍耳子在惰性气体氛围中高温碳化形成，基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池，产电性能良好，更重要的是在长期运行150天后产电性能保持稳定，解决了常用堆积型阳极微生物燃料电池长期运行稳定较差的问题。此外，本发明所述原料价格低廉，制备工艺简单，易于应用。

技术领域

本发明属于电池及其应用领域，具体涉及一种堆积型阳极的微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池，是一种以产电微生物为催化剂，通过其分解有机物将污水中生物质能直接转化为电能的新型燃料电池系统。该电池具有清洁环保等优点，在实际污水处理与污水发电中具有很大的应用前景。其中基于堆积型阳极的微生物燃料电池由于其成本较低，可大规模运用的特点，收到广泛关注。

常用的堆积型阳极以颗粒炭(Water Res，2016，98：396-403)和活性炭(BiochemEng J，2009，47：31-37)堆积，一些生物炭材料(Bioresour Technol，2014，157：114-119；Chemelectrochem，2017，4：168-174)也可以被用作堆积型阳极。这些材料在堆积过程中必须紧密接触以达到良好的导电性(Microbial Fuel Cells.John WileySons，Inc.：Hoboken，2007)，但紧密的堆积带来的问题是阳极易被污水中的颗粒或者生物膜堵塞，长期运行过程中阳极稳定性较差(Bioelectrochemical Systems：From ExtracellularElectron Transfer to Biotechnological Application.IWA Publishing：London，2009)。此外，颗粒状轻质材料用于堆积型阳极能一定程度上减轻紧密堆积结构的致密程度，用于微生物燃料电池时可以减少堵塞现象，但同时带来的问题是颗粒间接触不够紧密从而阳极导电性能得不到保证(J Power Sources，2011，196：5863-5866)，影响了产电性能。因此，制备产电性能和长期运行稳定性良好的堆积型阳极对微生物燃料电池的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池，其良好的产电性能和优异的长期稳定性将促进微生物燃料电池的应用发展。

本发明提供的基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池，其组成包括阳极室，附着产电微生物的阳极和空气阴极，其特征在于，阳极由苍耳子生物炭堆积形成，其制备过程为：

(1)用去离子水清洗苍耳子，在100℃温度下烘干，所得苍耳子在惰性气体保护下，700-900℃温度下碳化3-5小时；

(2)将碳化形成的苍耳子生物炭收集并置于集电金属网编织的圆柱形筒中，堆积紧密致其不能自由移动；

(3)将阳极置于阳极室中，与空气阴极组合形成密闭的阳极室，由导线连通阳极和阴极，所述导线上设有负载。

本发明的有益效果为：基于苍耳子生物炭堆积型阳极的微生物燃料电池，产电性能良好，且长期运行150天产电性能保持稳定。此外，本发明所述原料价格低廉，制备工艺简单，易于应用。

附图说明

图1为本发明实施例1-3的微生物燃料电池构型示意图。

图2为本发明实施例1中的(a)苍耳子和苍耳子生物炭的照片，以及(b，c，d)苍耳子生物炭的扫描电子显微镜图像。

图3为本发明实施例3中的木质活性炭照片。

图4为本发明实施例1-3中的微生物燃料电池在启动成功时(15天)的功率曲线与极化曲线。

图5为本发明实施例1-3中的微生物燃料电池在长期运行后(150天)的功率曲线与极化曲线。

具体实施方式