[发明专利]一种磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及微生物燃料电池技术领域，具体公开一种磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯悬浊液与磷钼酸溶液混合，加入异丙醇，经光催化反应，制得磷钼酸/还原氧化石墨烯悬浊液；将苯胺预聚合溶液与所述磷钼酸/还原氧化石墨烯悬浊液混合，经搅拌反应，制得所述磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的悬浊液。本发明提供的制备方法具有工艺简单、操作方便、能耗低和成本低的特点，所得复合材料用于微生物燃料电池，提高了微生物燃料电池的产电性能和高氯酸盐去除性能。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池技术领域，尤其涉及一种磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

面对能源短缺和环境污染的双重压力，传统的能量密集型污水处理技术已经不能满足21世纪可持续发展的需要，如何解决能源开发利用与环境污染的问题成为人类所关注的热点。近年来，微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)技术引起了人们的关注，其利用微生物将有机物氧化分解，同时实现产电，在废水处理和产电方面具有一定的前瞻性。

目前，MFC技术实际应用的瓶颈主要是产电性能差和成本高，而电极材料是产电性能和成本的决定因素。尤其是阳极材料直接影响细菌附着量、底物氧化程度和电子转移速率。因此，开展新型阳极材料的开发和利用的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有MFC技术存在的产电性能差和成本高等问题，本发明提供一种磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料及其制备方法和应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将氧化石墨烯分散于去离子水中，制得氧化石墨烯悬浊液；将磷钼酸溶于去离子水中，制得磷钼酸溶液；将苯胺加入氧化剂溶液中，制得苯胺预聚合溶液；

S2：将所述氧化石墨烯悬浊液与所述磷钼酸溶液混合，加入异丙醇，经光催化反应，制得磷钼酸/还原氧化石墨烯悬浊液；

S3：将所述苯胺预聚合溶液与所述磷钼酸/还原氧化石墨烯悬浊液混合，搅拌反应，制得所述磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的悬浊液。

相对于现有技术，本发明提供的磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，以磷钼酸(PMo₁₂)和氧化石墨烯(GO)为原料，在异丙醇存在的条件下，进行光催化反应，磷钼酸经光催化后被还原为杂多蓝(磷钼蓝)，再与氧化石墨烯接触后，又被氧化为氧化态磷钼酸，而氧化石墨烯被还原为还原氧化石墨烯(rGO)，由于电子转移和静电相互作用，磷钼酸与还原氧化石墨烯之间具有较强的吸引力，两者结合形成PMo₁₂/rGO；PMo₁₂/rGO与苯胺预聚合溶液混合后，苯胺聚合形成聚苯胺(PAN)的同时与PMo₁₂/rGO进行复合，由于还原氧化石墨烯带负电，而聚苯胺带正电，通过静电相互作用形成PMo₁₂/rGO/PAN复合材料。该制备方法工艺简单、操作方便、能耗低、成本低。

进一步地，所述氧化石墨烯、磷钼酸与苯胺的质量比为0.10～0.30：1.00～3.00：1.00～3.00，通过控制各成分的用量，保证得到高比表面积、高催化活性及高导电性的PMo₁₂/rGO/PAN复合材料；所述磷钼酸与异丙醇用量比为1.00～3.00g：30～90μL，加入足量的异丙醇，它可以和反应过程中产生的羟基自由基发生反应，从而避免羟基自由基还原磷钼酸，使处于激发态的电子还原磷钼酸为磷钼蓝，便于后续与氧化石墨烯反应。

进一步地，所述苯胺与氧化剂的物质的量之比为11～33：5～15，保证苯胺单体充分反应为聚苯胺。