[发明专利]一种表面改性石墨电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面改性石墨电极及其制备方法和应用，所述方法包括以下步骤：(1)将贝壳粉纳米颗粒和FeSOsubgt;4/subgt;在氮气气氛中，高温煅烧；(2)煅烧结束后加入无水乙醇中，超声分散，静置冷却至室温；(3)然后加入聚四氟乙烯，搅拌均匀，将所得溶胶均匀刮涂于石墨片上，在空气气氛中，高温煅烧，即得表面改性石墨电极。本发明的表面改性石墨电极，具有较大比表面积，且表面含有丰富的含氧和含氮功能基团，将其应用到微生物燃料电池产电制氢系统中可提高产电量及废水COD去除率和重金属去除率。

技术领域

本发明属于废水处理和新能源领域，具体涉及一种表面改性石墨电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，化石燃料的日益枯竭和燃烧产生温室气体造成全球变暖趋势的加快，人类急需找到新的能源载体以取代煤和石油，为未来的社会发展提供不竭动力。能源问题越来越受到人们的重视，对新能源的开发利用和提高资源利用率的研究相应增加。氢气因其清洁、高效、并且原料储量大等优点而越来越受到关注，成为世界各国竞相开发的新能源载体。氢气作为二次能源载体可储存、输运，且环境友好。如何低成本、高效率制氢一直是人们研究的热点。目前国内对于此的研究各式各样。电解水制氢的产物和过程中均无任何污染物和温室气体排放，是清洁的制氢方法。氢气是二次能源，为了满足油品的深加工，以及其他行业对氢气需求的不断增长，多年来制氢技术也得以长足的发展，制氢方式也多种多样，目前有：电解水制氢、煤气化制氢、氨裂解制氢、甲醇裂解制氢、烃类蒸汽转化制氢、生物制氢及新发展的一些制氢技术。目前主要采用的电解水制氢是在低温下(低于100℃)进行消耗大量电能，效率较低(25%～35%)。如果要实现未来氢气的大规模生产，必须找到一种经济、高效且可持续的电解水制氢方法。制取的氢气中大约90%以上来自以石油、天然气和煤为主的化石原料，电解水方式制氢不足5%。目前电解制氢技术大规模使用遇到的挑战是如何降低能耗和生产成本，提高生产的稳定性和安全性等。

现有技术中微生物燃料电池（Microbial fuel cell,简称 MFC）是使用微生物作为催化剂，将废水中的有机物或者无机物质进行氧化，产生电能。具有处理废水和产生电能的双重特性，可以为资源循环利用提供持续的能量来源。但是MFC现在面临的困难是产电性能低，其中现有电极材料的低导电率是主要制约原因。因此，对现有电极材料进行改性，提高MFC的产电性能，进一步将MFC与电解水装置联合在一起，将MFC产生的电能直接应用到电解水中制取氢气，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种表面改性石墨电极及其制备方法，并将其应用在MFC中。

为了实现上述目的，本发明的第一个技术方案是：

一种表面改性石墨电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将贝壳粉纳米颗粒和FeSO₄在氮气气氛中，高温煅烧；

(2) 煅烧结束后加入无水乙醇中，超声分散，静置冷却至室温；

(3) 然后加入聚四氟乙烯，搅拌均匀，将所得溶胶均匀刮涂于石墨片上，在空气气氛中，高温煅烧，即得表面改性石墨电极。

进一步地；所述步骤(1)具体为：将贝壳粉纳米颗粒和FeSO₄在氮气气氛中，480-520℃高温煅烧55-70min，所述贝壳粉纳米颗粒与FeSO₄的质量比为5∶1。

进一步地；所述贝壳粉纳米颗粒与无水乙醇的质量体积比为1g∶5mL。