[发明专利]一种碳基生物阳极、其制备方法及微生物燃料电池

权利要求书

1.一种碳基生物阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将剑麻纤维揉搓、洗净后剪成1-2cm长的小段，再对剪碎后的剑麻纤维小段使用盐酸溶液进行酸化处理，后将酸化处理后的剑麻纤维洗涤，干燥，备用；

（2）将经酸化处理后的剑麻纤维与一定质量的铁源催化剂混合后利用球磨机研磨处理1-2h；研磨处理后的混合物经洗涤干燥处理后放入管式炉中在惰性气氛下炭化2-2.5h，炭化温度为700-1200℃，升温速率为3-4℃/min，待炉温冷却至室温后，过筛，得到纤维状炭材料；

（3）将步骤（2）所得的纤维状炭材料用3-5wt%盐酸溶液溶解掉其中的含铁物质，再依次使用去离子水与乙醇进行反复冲洗直至中性；将冲洗至中性的纤维状炭材料放入球磨机中球磨粉碎5-6h，制得黑色粉末状样品；

（4）将步骤（3）所得的黑色粉末状样品溶于适量蒸馏水中，搅拌均匀后转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜转移至鼓风干燥箱中，在120-160℃条件下水热5-6h，将反应结束后得到的样品经过过滤、洗净、烘干后得到剑麻纤维活性炭黑色粉末样品，即为碳基生物阳极。

2.根据权利要求1所述的一种碳基生物阳极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中酸化处理过程中的盐酸溶液浓度为5-10wt%。

3.根据权利要求1所述的一种碳基生物阳极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的铁源催化剂为氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁中的一种或者两种以上。

4.根据权利要求1所述的一种碳基生物阳极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述铁源催化剂质量占剑麻纤维质量的15-18wt%。

5.根据权利要求1所述的一种碳基生物阳极的制备方法，其特征在于，步骤（4）具体过程为：取70mL蒸馏水置于烧杯中，加入1g的黑色粉末样品，并转移至内衬聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜转移至鼓风干燥箱中，在120-160℃条件下水热5-6h，待其自然冷却至室温后过滤并用无水乙醇洗涤，再在鼓风干燥箱80℃干燥12h，得到碳基生物阳极。

6.一种根据权利要求1至5任意一项所述的制备方法得到的碳基生物阳极。

7.一种微生物燃料电池，其特征在于，包括权利要求6所述的碳基生物阳极，所述微生物燃料电池的制备方法为：

将所述碳基生物阳极溶解于去离子水后，与阳极催化剂混合，转移至阳极反应槽中；将阴极洗净后放入阴极反应槽中，在阴阳极反应槽接触处添加质子交换膜，分别将阴、阳极室密封，使用导线将阳极电子从阳极室导出，再与外电阻串联后连接至阴极室中。

8.根据权利要求7所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阳极催化剂的制备方法为：

（1）称取一定量的葡萄糖、硫铵、磷酸二氢钾，加入污水中，密封条件下搅拌至完全溶解，得到厌氧菌驯化营养液；

（2）将厌氧菌驯化营养液与污水处理厂中的厌氧污泥混合，得到浆体，密封保存20d后筛选出的厌氧菌即为所需的阳极催化剂。

9.根据权利要求8所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述葡萄糖、硫铵、磷酸二氢钾和污水的摩尔比为8-15:10-16:12-18:100；所述浆体中的悬浮固体浓度为5-8g/L。

10.据权利要求7所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述导线为钛丝、钼丝、铜丝中的一种，所述阴极为碳毡、碳刷、碳纸、碳纤维布中的一种。