[发明专利]环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池，包括阳极室、阴极室、质子交换膜、阳极电极和阴极电极、外电路，阳极室和阴极室均装有活性污泥、营养液和碳源；

微生物燃料电池由耐酸碱腐蚀和易于加工的聚甲基丙烯酸甲酯材料制备。池体为单室，容积为40cm³，阳极室和阴极室由质子交换膜分隔，阳极材料为石墨毡，阴极材料为负载有催化剂的碳纸(催化剂为铂，负载量为0.5mg/cm²)。阳极相对中间隔膜平行悬空放置，并通过钛丝与外电阻相连，用不锈钢网与阴极连接构成回路。池体顶端开口设置，便于运行监控、数据的采集和取样分析。阳极室顶盖额外设置一个带减压阀的排气孔便于内部气体的排出。池体侧面底端设置排水口便于室内液体排出，运行时用止水夹夹紧。

本发明的微生物燃料电池由耐酸碱腐蚀和易于加工的聚甲基丙烯酸甲酯材料构成。池体分为两室，中间由质子交换膜分隔，两室中均包含电极，电极材料为比表面积大的多孔石墨毡材料，两电极相对中间隔膜平行悬空放置，并通过钛丝与外电阻相连，构成回路。整个反应器通过夹板及螺丝固定。池体顶端开口设置便于运行监控、数据的采集和取样分析。阳极室顶盖额外设置一个带减压阀的排气孔，便于内部气体的排出。池体侧面底端设置排水口便于室内液体排出，运行时用止水夹夹紧。

其特征在于首先构建双室型微生物燃料电池，启动运行后在微生物燃料电池的阳极室投加氧化石墨烯溶液，利用阳极微生物的还原作用将氧化石墨烯还原在阳极(碳材料电极或其他基础电极)上与微生物交互自组装形成石墨烯修饰生物阳极。然后将电池进行电极反转运行，通过微生物选择，石墨烯生物阳极转化为石墨烯修饰生物阴极；将所制备的石墨烯修饰生物阳极与石墨烯修饰生物阴极作为微生物燃料电池的两极构建出双石墨烯生物电极微生物燃料电池，是一种环境友好的石墨烯修饰生物电极的制备及双石墨烯生物电极微生物燃料电池的构建方法。

2.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：首先构建双室型微生物燃料电池，电极为碳材料电极或其他基础电极，电极大小与阳极室和阴极室大小相匹配；阳极室与阴极室以夹有质子交换膜的隔板分隔。

3.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：所述的阳电极和阴电极悬空于电极室中；阳电极和阴电极的材料为碳材料电极或其他基础电极；所述的外电路指阴极和阳极通过金属导线(如钛丝等)与外电阻相连；所述的周期完成指通过电压数据检测卡检测到电池输出电压低于其设定电压。

4.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：所述的石墨烯生物修饰阳极的形成，是在阳极室连续投加氧化石墨烯溶液，微生物原位还原成石墨烯后，与微生物交互自组装形成石墨烯修饰生物阳极。

5.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：所述的石墨烯修饰生物阴极的形成，是先经过在阳极室连续投加氧化石墨烯溶液，微生物原位还原成石墨烯，与微生物交互自组装形成石墨烯修饰生物阳极，然后将电池进行反转电极运行，通过微生物选择，石墨烯生物阳极转化为石墨烯修饰生物阴极；

反转电极后，原来的阳极室变为阴极室，进行曝气，维持好氧环境，保持溶解氧6～8mg/L左右；

反转电极后，原来的阴极室变为阳极室，密闭外接排气装置，维持厌氧环境。

6.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：阴极室和阳极室均添加碳源(如NaHCO₃、葡萄糖等)；阴极室和阳极室均添加磷酸盐缓冲液、痕量元素、维生素。

7.根据权利要求1所述的环境友好的石墨烯生物电极微生物燃料电池及其制备方法，其特征在于：在微生物燃料电池的阳极室添加由氧化石墨烯溶液，使得阳极室内氧化石墨烯溶液浓度适量。