[发明专利]一种氮修饰的微生物燃料电池阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物燃料电池领域，具体涉及一种氮修饰的微生物燃料电池阳极及其制备方法。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)是将生物资源运用到电化学里的一门新型环保技术。随着全球资源短缺和环境污染问题的日益突出，MFC的优点极大地体现出来，即利用废弃物发电。废水处理，生物环境修复，深海及太空等特殊领域的电能使用都与MFC有着密切联系。然而，MFC极低的输出功率一直是制约其发展的一个重要因素。

MFC阳极的电子传递过程是能量转化的一个重要步骤，对能量的转化效率有极其重要的影响，是提高微生物燃料电池性能的关键切入点。而阳极生物膜的形成能促进电子从微生物到电极的快速传递，可以使MFC更高效地工作。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种氮修饰的微生物燃料电池阳极的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的氮修饰的微生物燃料电池阳极。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种氮修饰的微生物燃料电池阳极的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将含锰、锌或钨的化合物和鸡蛋清加入到水中，搅拌分散均匀，得到混合溶液；

(2)将碳载体加入到步骤(1)所得混合溶液中，超声处理后取出，清洗、干燥，然后于氮气气氛及800～1000℃温度下煅烧10～30min，得到氮修饰的负载催化剂的碳载体；

(3)将步骤(2)所得碳载体加入到导电聚合物的单体溶液中，通过电沉积在碳载体上制备导电聚合物，得到所述氮修饰的微生物燃料电池阳极。

优选地，步骤(1)中所述含锰、锌或钨化合物与鸡蛋清的质量百分比为0.5％～2％；鸡蛋清与水的质量比为1:(1～2)。

优选地，步骤(2)中所述碳载体为生物质碳、碳毡和碳布中的一种。

优选地，步骤(2)中所述清洗是指用去离子水清洗，所述干燥是指在60～80℃温度下干燥。

优选地，步骤(3)中所述导电聚合物的单体溶液是指吡咯溶液、苯胺溶液和3,4-乙烯二氧噻吩溶液中的至少一种；导电聚合物的单体溶液的质量浓度为0.5％～5％。

优选地，步骤(3)中所述电沉积的条件为：以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极和碳载体为工作电极形成一个电池，以10mV/s的扫速从0V到0.6V。

一种氮修饰的微生物燃料电池阳极，通过上述方法制备得到。

本发明的原理为：通过鸡蛋清里的氮化合物与吸附含锰、锌或钨的化合物在超声过程中吸附在碳载体上，煅烧后，所得含氮的电极有利于生物膜的形成，并且基于含锰、锌或钨的化合物的催化性，有利于微生物的生长。同时，导电聚合物的沉积有利于电子的传递。从而，提高微生物燃料电池的功率密度。

本发明的制备方法及所得到的氮修饰的微生物燃料电池阳极具有如下优点及有益效果：

本发明所得微生物燃料电池阳极材料具有大的比表面积，并且氮修饰后的阳极材料与微生物具有较好的相容性，有利于生物膜的形成和改善微生物燃料电池的功率密度。

附图说明

图1为以实施例1所得阳极及未修饰的碳毡为阳极制备的微生物燃料电池的循环伏安曲线图；

图2为实施例1所得阳极及未修饰的碳毡对细菌代谢产物(H₂)的催化氧化结果图；

图3为以实施例1所得阳极及未修饰的碳毡为阳极制备的微生物燃料电池的极化曲线及功率密度曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的氮修饰的微生物燃料电池阳极的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将0.25g碳化钨粉末和30g新鲜鸡蛋清加入到30g去离子水中，搅拌分散均匀，得到混合溶液；

(2)将一张3cm*3cm的碳毡加入到步骤(1)所得混合溶液中，超声处理20min后取出，用去离子水清洗、80℃鼓风干燥后用管式炉于氮气气氛及900℃温度下煅烧15min，得到氮修饰的负载催化剂的碳毡；

(3)将步骤(2)所得碳毡加入到质量浓度为2％的吡咯溶液中，通过电沉积在碳毡制备导电聚合物(电沉积的条件为：以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极和碳毡为工作电极形成一个电池，以10mV/s的扫速从0V到0.6V)，得到所述氮修饰的微生物燃料电池阳极。

实施例2