[发明专利]一种光热生物阳极的制备方法和光热生物阳极及其应用

说明书

本申请属于电化学催化技术领域，具体涉及一种光热生物阳极的制备方法和光热生物阳极及其应用。本发明所提供的制备方法包括：将Ti₃AlC₂和浓HF溶液混合，在60℃～80℃下反应24h～36h，得到Ti₃C₂T_x作为MXene材料；将MXene材料分散于无水乙醇中，加入粘合剂，混合，得到浆料；将浆料刷覆于碳毡表面，干燥，得到光热生物阳极；其中，MXene材料和粘合剂的比例为(100～300)mg:(0.1～0.2)mL。本发明方法操作简单、成本经济，通过上述方法制得的生物阳极具有良好的光热效应，可应用于制备微生物电化学系统和微生物燃料电池，能在低温环境下利用太阳能为微生物生长提供合适的热量，成本经济。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种光热生物阳极的制备方法和光热生物阳极及其应用。

背景技术

微生物电化学系统是一种既能处理废水，又能通过降解废水中有机物转化产生电能的新技术，成为了当前电化学催化领域的研究热点。然而，低温环境不利于微生物生长，微生物电化学系统在冬天低温下难以启动，运行效果差，产电效果低，限制了微生物电化学系统的实际应用。

目前，为了克服上述问题，曾尝试过加热保温整个废水进水系统的方法。然而该法废水处理效果较差，而且还大幅度提高了废水处理的成本，实用性差。因此，如何寻找一种经济、有效地提高微生物电化学系统低温下运行效果的方法至关重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光热生物阳极的制备方法和光热生物阳极及其应用。

本发明的具体技术方案如下：

一种光热生物阳极的制备方法，包括：

a)将Ti₃AlC₂和浓HF溶液混合，在60℃～80℃下反应24h～36h，得到Ti₃C₂T_x作为MXene材料；

b)将步骤a)的MXene材料分散于无水乙醇中，加入粘合剂，混合，得到浆料；

c)将步骤b)的浆料刷覆于碳毡表面，干燥，得到所述光热生物阳极；

其中，所述MXene材料和粘合剂的比例为(100～300)mg:(0.1～0.2)mL。

优选地，所述浓HF溶液的质量百分比浓度为40％～49％。

优选地，所述Ti₃AlC₂和浓HF溶液的混合比为1g:20mL。

优选地，所述反应的时间为24h，反应温度为60℃。

优选地，所述粘合剂为全氟磺酸型聚合物。

优选地，所述MXene材料和粘合剂的比例为(100～300)mg:(0.1～0.2)mL。

优选地，所述干燥的时间为12h～24h，干燥温度为60℃～80℃。

本发明还提供了一种由上述制备方法得到的光热生物阳极，包括：碳毡，以及涂覆在所述碳毡表面的MXene材料层。

优选地，所述MXene材料层的投影面积为4cm²；

所述碳毡厚0.5cm。

本发明还提供了如前述制备方法得到的光热生物阳极在制备微生物电化学系统和微生物燃料电池中的应用。