[发明专利]一种氮硼共掺杂碳基微生物燃料电池阴极降解苯酚的方法

权利要求书

1.一种氮硼共掺杂碳基微生物燃料电池阴极降解苯酚的方法，其特征在于所述方法按照以下步骤进行：

一、BNBC阴极催化剂的制备：将不同摩尔比的CoCl₂·6H₂O、三聚氰胺与硼酸溶解到50mL去离子水中，然后，将2g干燥的柚子皮粉末加入到混合溶液中，充分搅拌至完全混合，将上述悬浊溶液加入聚四氟乙烯高压釜中于180℃下水热12h，将水热后的产物放入60℃的烘箱中干燥以去除水份，随后，将干燥后获得的固体产物转移到管式炉中，在N₂气氛下以2℃min^–1的加热速率从室温加热到900℃，并在目标温度下保持2h，得到黑色的碳化产物，用0.5M的硝酸浸没黑色样品，在80℃下水浴5h；酸处理后的样品用去离子水洗涤至滤液为中性，再用无水乙醇洗涤三次，过滤、干燥，得到BNBC阴极催化剂；

二、BNBC阴极电极的制备：将导电炭黑与60wt.%的聚四氟乙烯（PTFE）以3：7的质量比混合，搅拌至粘稠状，再用压片机将其与不锈钢网进行压合，最后放入马弗炉中 340℃下煅烧1 h；不锈钢网的另一侧则以1：1质量比混合BNBC和PTFE，搅拌至粘稠状后进行压合，再放入60℃烘箱内烘干，最后将烘干后的阴极电极片剪成半径为1.5cm的圆形；

三、组装单室MFC反应器：采用单室MFC作为反应器，反应器包括有机玻璃外壳、阳极和BNBC阴极组成，所述阳极室设于反应器壳内，阳极室内设有碳纤维刷作为阳极电极，阳极室和BNBC阴极通过外部导线相连，所述阴极距离阳极 1.5cm 的距离放置；

四、MFC反应器的运行及苯酚的降解：进水底物为体积比1：1的菌液和葡萄糖培养液组成的混合溶液，MFC反应器在（25±0.1）℃的培养箱中运行，经过一段时间驯化后，当输出电压稳定时，按照底物总浓度为1000 mg/L的原则更换底物，此时更换的底物为苯酚和葡萄糖混合培养液，待MFC产电稳定后，通过数据记录采集系统，实时记录反应器的电流、电压数据变化情况；待输出电压低于100mV时，更换新底物，采用4-氨基安替比林分光光度法进行苯酚浓度的测定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一中，CoCl₂·6H₂O：硼酸：三聚氰胺的摩尔比为1：1.5：3、1：3：3和1：6：3。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中，所述不锈钢网在使用前先放入丙酮溶液中浸泡24h，再用去离子水和无水乙醇冲洗干净后放入60℃烘箱中，干燥12h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤三中，碳纤维刷在使用前先用丙酮浸泡24h以去除表面杂质，再用去离子水和无水乙醇冲洗干净后，放入马弗炉中于450℃下煅烧1h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四中，葡萄糖培养液的配制方法如下：在50mM 磷酸盐缓冲溶液（PBS）中加入1g/L的葡萄糖、12.5mL/L维生素和12.5mL/L微量元素,其中，50mM PBS的组成成分包括：0.13g/L KCl、0.31g/L NH₄Cl、3.32g/L NaH₂PO₄·2H₂O和10.36g/L Na₂HPO₄·12H₂O。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四中，苯酚和葡萄糖混合培养液中苯酚浓度分别为100、200、400、600和800 mg/L，相对应的底物中葡萄糖浓度分别为900、800、600、400、200 mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四中，所述的数据采集系统选用PIS0813数据采集系统。