[发明专利]一种基于微纳米结构的黑曲霉孢子电极活性材料的制备方法

说明书

一种基于微纳米结构的黑曲霉孢子电极活性材料的制备方法，本发明首先将黑曲霉菌种活化，而后接种于固相培养基上，5‑7天后收获孢子，并将其低温碳化，即获得电极的活性材料；活性材料即为黑曲霉孢子，其为直径2μm的小球，比表面积大、表面具刺突，形貌规则；黑曲霉孢子中C、N、O和P的含量分别为60％‑70％、10％‑15％、20％‑25％和1％‑5％，表面具‑OH、‑COOH、C‑O、C＝O等含氧官能团和C‑N键；对Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;选择性达80％，催化阴极的电子转移数为2.8，表明黑曲霉孢子更倾向于催化2e‑ORR过程；本发明方法制作简易，方便易得，电化学性能良好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学碳材料技术领域，尤其涉及一种基于微纳米结构的黑曲霉孢子电极活性材料的制备方法。

背景技术

有机废水由于有机物结构复杂、稳定、难降解，是环境领域的一大难点问题。目前有机废水的处理常用方法包括生物法、沉淀法、吸附法等；现有这些处理方法在其处理过程中由于处理周期长、处理成本高和易引起二次污染等问题均存在一定局限性。现有技术公开的电芬顿法处理有机废水，以电能为驱动，因可以在阴极原位产H₂O₂及三价铁可在阴极电极还原，克服了传统芬顿污泥产量大、H₂O₂运输危险的缺点；电流强度的可控性又可以解决常规芬顿反应过程难以控制等缺点，而具有极强的工业应用价值。电芬顿反应的基本原理是溶解氧在适合的阴极材料表面通过发生双电子的氧还原反应(Oxygen reductionreaction,ORR)，即2e-ORR产生H₂O₂。阴极反应所生成的H₂O₂能够与溶液中的Fe²⁺催化剂反应产生强氧化剂羟基自由基(·OH)，利用·OH无选择性的强氧化能力从而达到去除难降解有机物的目的。

电芬顿的核心是阴极材料，阴极材料除了集流体外，最重要的是可以强化2电子ORR反应的活性材料。目前现有技术公开的阴极活性材料中，碳基材料由于其低碳绿色的属性而成为了热门材料，其次是贵金属、过渡金属及其化合物，碳基材料一般包括无机材料(石墨和碳纳米管等)和有机材料(木质纤维素类生物质、牛血清白蛋白等)。然而目前存在的问题是：(1)贵金属和过渡金属材料由于成本高、稳定性和离子浸出问题而具有一定局限性；(2)碳基的无机材料需要多步骤进行杂原子掺杂，且掺杂进入的杂原子经常在高温后消失；(3)碳基的有机材料通常需要物理预处理才能使其具有形状规则、比表面积大的特点。

因此，现有公开的电芬顿法中的阴极活性材料存在诸多局限性问题，急需开发一种制作简单、廉价易得、稳定高效的绿色新材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺点，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术中，在电芬顿法处理有机废水过程中，所使用的阴极活性材料存在的成本高、稳定性差、制备步骤繁杂、掺杂原子易消失的问题，急需研制新材料进行替代。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微纳米结构的黑曲霉孢子电极活性材料的制备方法，包括：

步骤1、黑曲霉菌种活化，将黑曲霉菌种接种至液体培养基中，控制温度进行活化得种子液；

步骤2、发酵固体培养基准备，发酵固体培养基为药剂配制的发酵固体培养基、或者为农林废弃物制备的发酵固体培养基；

步骤3、黑曲霉孢子培养，将步骤1得到得种子液涂到步骤2得发酵固体培养基上，25℃-35℃温度下进行培养，得到黑曲霉孢子；

步骤4、黑曲霉孢子碳化，将步骤3得到得黑曲霉孢子在惰性气体环境下，在200℃-500℃下进行碳化，得到目标产品黑曲霉孢子电极活性材料；