[发明专利]改性镀层丝瓜络电极材料及微生物燃料电池

说明书

本发明实施例公开了一种改性镀层丝瓜络电极材料的制备方法，以丝瓜络为原料，经酸浸与清洗，掺入改性化合物材料（如K₃PO₄·3H₂O）改性后干燥定型并进行碳化处理，产物经镀层溶液镀层后清洗干燥，最终获得改性镀层丝瓜络电极材料。本发明实施例还公开了上述制备方法制得的改性镀层丝瓜络电极材料，及将所述电极材料填入阴极室或阳极室腔体作为电极材料的微生物燃料电池。所述改性镀层丝瓜络材料原料易得、成本低廉，填充密度低，有利于推广使用；所述电极材料用于制成微生物燃料电池，其作为电极可为微生物提供优良的附着位置，提高了阳极氧化效率和阴极的还原效率，加速电子的传递速率，进而提高电池的产电性能。

技术领域

本发明属于生物燃料电池技术领域，特别涉及一种改性镀层丝瓜络电极材料的制备方法。本发明还提供了使用该制备方法制得的电极材料，以及使用该电极材料作为电极的微生物燃料电池。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求量不断加大，煤、石油、天然气等不断被发掘利用。一方面，化石燃料面临枯竭；另一方面，由化石燃料的燃烧导致的日益严峻的环境污染和温室效应，迫使人们寻找可再生的清洁能源以替代化石能源，并减少环境污染问题。正在兴起的微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC），其基本工作原理为：利用微生物作为催化剂，将有机物中的化学能直接转化为电能，是一种可集产电与污水处理于一体的新型发电装置，为解决环境问题和能源问题提供了一条新途径，具有极大的发展潜力和广阔的发展空间。

然而，目前微生物燃料电池仍具有输出功率密度低，原料成本高等问题，限制了其广泛应用。作为电活性微生物生长和电子转移场所，电极材料对电极性能具有非常重要的影响，尽管目前可选的电极材料较多，如石墨、碳毡、碳纸、石墨刷、网状玻璃碳等，但它们普遍存在性能相对较差、制备方法复杂、成本高等问题，因此它们的规模化应用受到一定的限制。所以，亟待开发一种成本低廉、制备简单且具有高性能的电极材料，以满足微生物燃料电池进一步推广使用需要。

以植物基质作为碳电极材料是近年来一直受到关注的领域，目前可用于制备微生物燃料电池碳电极材料的生物质原料有果壳、椰壳、木材等，这些电极材料多以颗粒形式存在，空心结构的生物质碳电极材料还少有报道。而丝瓜络是由多层丝状纤维相互交织而成的网状结构，具有独特的微观结构，而且丝瓜络在全国大多数地区均有分布，低廉易得。

发明内容

针对现有电极材料普遍存在的性能相对较差、制备方法复杂、成本高等技术问题，本发明提供了改性镀层丝瓜络电极材料及制备方法，制得的改性镀层丝瓜络电极材料原料易得、成本低廉，且制备方法简单，填充密度低，适合推广使用。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种改性镀层丝瓜络电极材料制备方法，包括步骤如下：

1. 制得丝瓜络原料，包括：将洗净的丝瓜络用盐酸酸浸，加热处理0.5h，用去离子水反复冲洗干净，将产物在70~100°C下恒温干燥2~3h，得到所述丝瓜络原料；

2. 制得改性溶液，包括：将改性化合物研磨为粉末，所述改性化合物为K₃PO₄·3H₂O，将其按固液质量比为0.1~1.5加入去离子水中，搅拌至完全溶解，得到所述改性溶液；

3. 制得改性丝瓜络，包括：将所述丝瓜络原料置于所述改性溶液中浸泡3~6h，保持20°C施加0.5h超声清洗，将产物在70~90°C下恒温干燥4~6h，干燥后得到所述改性丝瓜络；

4. 制得改性碳化丝瓜络，包括：将所述改性丝瓜络进行压缩定型，将压缩定型后的丝瓜络材料进行碳化，使用氮气作为保护气，碳化热处理温度为1000~1400℃，碳化时间为1~1.5h；自然降温至室温，得到所述改性碳化丝瓜络；