[发明专利]一种生物电化学电极及制作方法与其在制备甲烷中的应用

说明书

本发明属于生物电化学技术领域，涉及一种生物电化学电极及制作方法与其在制备甲烷中的应用。生物电化学电极由电极支架层和基板符合形成，所述基板为钛网，所述电极支架层由多壁碳纳米管和粘结剂混合形成。其制备方法为：将多壁碳纳米管和粘结剂加入溶剂中进行分散均匀获得糊状物料，将糊状物料平铺在钛网上，经过压制复合即得。本发明克服了生物相容性差、导电性差、孔隙率低等缺点，从而解决了生物电化学反应在前期发酵制备甲烷中存在电流值不稳定、电化学重复率偏低等问题，进而提高前期甲烷产量稳定性和产量。

技术领域

本发明属于生物电化学技术领域，涉及一种生物电化学电极及制作方法与其在制备甲烷中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

生物电化学反应通常是基于在外接电源的条件下，以微生物作为催化剂，产生或消耗电子的氧化还原反应。在发生氧化还原反应时生物分子与电极之间，电极与电极之间，生物分子与本体溶液之间会发生电子传递，可以用于发酵工艺。发明人在研究中发现，生物电化学反应进行发酵制备甲烷中，前期甲烷产量不稳定而且偏低。其中，生物电极的比表面积、生物相容性、孔隙率、导电性是影响生物电化学反应器电子传递的关键。生物分子与本体溶液之间会发生电子传递。其中，生物电极的比表面积、生物相容性、孔隙率、导电性是影响生物电化学反应器电子传递的关键。通过法拉第定律可知，在发生氧化还原反应时，电极界面发生的化学变化物质的量与通入的电量呈正比。据发明人研究了解，目前生化电化学反应采用的电极一般为碳电极。然而，传统的碳电极存在生物相容性差、导电性差、孔隙率低等缺点，导致生物电化学反应在前期发酵制备甲烷中存在电流值不稳定、电化学重复率偏低等问题，从而使得前期甲烷产量不稳定而且偏低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生物电化学电极及制作方法与其在制备甲烷中的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种生物电化学电极，由电极支架层和基板符合形成，所述基板为钛网，所述电极支架层由多壁碳纳米管和粘结剂混合形成。

本发明利用多壁碳纳米管在电极表面形成交错复杂的管状结构，提高了电极的生物相容性，微生物可以更加容易附着在电极表面形成生物膜。同时，采用钛网作为基板，有利于增加电极导电性。通过钛网与多壁碳纳米管的配合，克服了生物相容性差、导电性差、孔隙率低等缺点，从而解决了生物电化学反应在前期发酵制备甲烷中存在电流值不稳定、电化学重复率偏低等问题，进而提高前期甲烷产量稳定性和产量。

另一方面，一种生物电化学电极的制备方法，将多壁碳纳米管和粘结剂加入溶剂中进行分散均匀获得糊状物料，将糊状物料平铺在钛网上，经过压制复合即得。

第三方面，一种上述生物电化学电极其在制备甲烷中的应用。

第四方面，一种用于生产甲烷的生物电化学反应器，采用的电极为上述生物电化学电极。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的生物电化学电极中，多壁碳纳米管不仅能够提高电极的孔隙率，而且能够在电极表面形成交错复杂的管状结构，提高了电极的比表面积和生物相容性；钛网具有较高的导电性，将二者结合，克服了生物相容性差、导电性差、孔隙率低等缺点。

2.由于本发明提供的生物电化学电极解决了前期发酵制备甲烷中存在电流值不稳定、电化学重复率偏低等问题，在发酵过程中更为稳定，无需进行额外调整，简化维修、保养过程，实现了一批多用，减少了电极更换次数。

3.经过实验验证，本发明提供的生物电化学电极的各项指标值稳定、生物选择性好，从而能够提高前期甲烷产量稳定性和产量。

附图说明