[发明专利]一种基于污泥的氮掺杂生物炭和多孔火山岩的新型复合阳极的制备方法及微生物燃料电池

摘要

一种基于污泥的氮掺杂生物炭和多孔火山岩的新型复合阳极的制备方法及微生物燃料电池，新材料新能源及废水资源化利用技术领域。将活性污泥通过氮气高温热解烘焙方法制成多孔的氮掺杂生物炭，再通过酸化方法去除表面矿物质，提升生物炭的导电性，最后以火山岩颗粒为载体进行表面生物炭负载，制备形成火山岩表面氮掺杂生物炭颗粒。此种新型颗粒，孔隙率高，导电性好，比表面积大，完全符合微生物燃料电池阳极材料的性能要求。新型氮掺杂多孔生物炭阳极即可增加微生物燃料电池阳极产电菌及微生物的附载量，提高废水中生物质能转化率，低电阻特性又提高了电子的传递速率，最终实现微生物燃料电池功率的提升，实现废水处理资源化及同时高效生物产电。

主权项

1.一种基于污泥的氮掺杂生物炭和多孔火山岩的复合阳极的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)活性污泥在恒温条件下真空干燥，干燥后的污泥在600℃～700℃温度条件下烘焙煅烧4‑6小时，期间缓慢升温并隔氧通入氮气，得到干粉污泥；(2)将步骤(1)得到的干粉污泥与质量浓度≥50％的氢氟酸进行混合，干粉污泥与氢氟酸的质量比＞1:2，搅拌1～3小时后取出，再用去离子水清洗至中性，即为氮自掺杂的多孔炭粉末；(3)氮自掺杂的多孔炭粉末在恒温60℃干燥8‑12小时，取出备用；(4)遴选孔隙率＞40％的火山岩颗粒进行吹扫和去离子水清洗；(5)以PVDF为粘合剂，将PVDF与步骤(3)得到的干燥氮自掺杂的多孔炭粉末在DMF中混合；添加步骤(4)处理后的火山岩颗粒并搅拌，氮自掺杂多孔炭粉末均匀裹覆在火山岩颗粒的外表面，采用相转化法预制火山岩内核型生物炭颗粒；相转化完毕后的颗粒再次在600℃‑700℃温度条件下烘焙煅烧4‑6小时，期间通入氮气并隔氧；得到氮掺杂多孔生物炭颗粒，接种希瓦氏菌，即为基于污泥的氮掺杂生物炭和多孔火山岩的复合阳极。