[发明专利]一种木炭催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池

说明书

本发明公开了一种木炭催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池。涉及生物电化学领域。该催化剂的材料为木炭，催化层的制备方法是通过将木炭材料负载到碳布的方法得到微生物燃料电池负载有木炭碳布的阴极。通过该方法制备的微生物燃料电池，其木炭催化剂的原料与贵金属铂及其合金材料相比，预处理较易、低廉、来源广泛，制备的负载有木炭催化剂的阴极具有较稳定的输出电压、较强的导电性能、较稳定的功率密度、有利于氧化还原反应的反应进程，在微生物燃料电池中成本较为低廉、功率密度较高、运行较稳定能广泛应用于包括微生物燃料电池、锂电池或超级电容器等领域。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，更具体的涉及一种木炭催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池。

背景技术

长期以来，以活性污泥工艺和生物膜工艺为代表的好氧处理技术处于污水处理领域的主体地位，传统的厌氧处理工艺的应用有所增长，但主要限于高浓度废水的处理。尽管现有工艺在不断改进，新的工艺形式在不断涌现，但在处理理念上并无实质性突破，无法摆脱以高能耗的方式去除污水有机质的框架。而如今，能源紧缺成为全球性的课题，更成为我国经济社会进一步发展的制约因素，寻求经济效益好、资源消耗少、环境污染小的处理技术极为迫切。这不仅需要在技术层面上不断优化，更需要在处理理念上有所革新。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用细菌通过生物质将化学能直接转化为电能的新装置。与其他燃料电池相比，微生物燃料电池具有以下特点：1)材料来源广泛。可以利用多种有机、无机物质做燃料，而一般燃料电池无法比及；2)操作条件温和。一般是在常温、常压和接近中性的操作环境中工作的。这使电池维护成本降低、安全性增高；3)能量利用高效性。可以利用废弃物作为原料，产能发电，使废弃物变废为宝。微生物燃料电池是将来热电联用的重要组成部分，使能源利用率大大提高。

然而，由于电极的材料的选择所导致的性能、质子交换膜的选择等因素影响，生物燃料电池自身潜在的优点使人们对它的发展前景看好，但要作为电源应用于实际生产与生活还比较遥远。其主要原因是输出功率密度远远不能满足实际要求。实验发现，通过对阴极负载催化剂碳布能够大幅度提高微生物燃料电池产电功率，显著改善微生物燃料电池的性能。选择木炭作为催化剂的优点是低廉、来源广泛、易处理，因此，采用木炭作为催化剂负载到碳布以提高其产电性能。

发明内容

本发明实施例提供一种木炭催化剂，催化层的制备方法及燃料电池，用以解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的原料成本。

本发明实施例提供一种催化层的制备方法，包括：

获取木材处理后的木屑，对所述木屑进行过滤；

将过滤后的所述木屑放置到管式炉内，向所述管式炉内充入氮气，按照设定温度以及设定时间进行灼烧，得到木炭催化剂，其中，

所述设定温度分别为：650℃，750℃，850℃，950℃和1050℃，所述设定时间为120min。

优选地，在按照设定温度以及设定时间进行灼烧前，先向所述管式炉内充入流速为200的氮气，且充入流速为200的氮气的时间为600s。

优选地，所述按照设定温度进行灼烧时，所述管式炉的温度每分钟升高8～10℃。

优选地，所述设定时间为2h。

本发明实施例还提供一种催化层的制备方法，包括：

将木炭催化剂和乙炔黑按照质量比1:4放置到配料容器内，向所述配料容器内逐滴添加与所述木炭催化剂质量比为1:11～12的去离子水；

向所述配料容器内依此加入与所述木炭催化剂质量比为1：31～32：26～17的浓度为5％的Nafion溶液和纯异丙醇溶液并搅拌，得到悬浮液；