一种微生物燃料电池复合阳极的制备方法，将活性炭粉末与铁(III)氧化物混合均匀，加入无水乙醇并分散均匀，水浴加热使乙醇微沸，然后逐滴滴加聚四氟乙烯水溶液破乳，将反应物辊压成膜，再覆盖上一层不锈钢网，辊压成型，根据需要切割成一定形状，即可制得复合阳极，并用于微生物燃料电池。本发明专利技术的优点是：该复合阳极以活性炭粉末为原料，铁(III)氧化物作为辅助添加物，通过聚四氟乙烯粘结剂构造复合阳极来提高微生物燃料电池的产电性能，加速了胞外电子传递速率，提高了阳极微生物动力学活性、微生物燃料电池的电化学性能和输出功率；该制备方法工艺简单，原料成本低，制得的复合阳极机械强度高，适于微生物燃料电池的工程化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微生物燃料电池领域，具体涉及ー种微生物燃料电池复合阳极的制备方法及其应用。
技术介绍
英国科学家Pottor在1911年观察到微生物能够产生电流，这ー发现为20世纪末期使用的微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)处理废水并同时产电的研究打下基础，微生物燃料电池以其独特技术特点-污染物处理彻底、无需外部能源供给并可以回收电能等，在解决能源与环境问题，建立节约型、循环型社会科研领域逐步得到重视。微生物燃料电池是以微生物为生物催化剂，有机或无机物质为底物，在微生物的催化作用下，产生电子，经外电路传输到阴极，从而产生电能。电子转移到阳极的方法如下一是通过电子中介体作用使得电子间接传递到阳极，但中介体有毒且易分解，不适宜广泛使用；ニ是通过胞 外蛋白质和纳米导线的作用将电子直接传递到阳极表面。产电微生物是微生物燃料电池系统的核心组成，主要由Fe(Mn)异化金属还原菌Shewanella和Geobacter sp构成,该产电菌能够在无中介体的情况下,催化底物氧化并释放电子，电子经细菌内膜、周质，传递到细菌外膜，并在胞外蛋白质如细胞色素C(Cyt C)的作用下，将电子传递到阳极表面，Xiong和Nakamura课题组指出细胞色素C和铁(III)氧化物有良好的结合作用，铁(III)氧化物可以作为中介体还原远端电子受体-阳极。目前，微生物燃料电池依然存在输出功率低、原料成本高等关键问题，阳极仍是微生物燃料电池性能提升的限制性因素，进而限制了微生物燃料电池技术向实际工程应用发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题，提供ー种微生物燃料电池复合阳极的制备方法及其应用，该制备方法エ艺简単，原料成本低，制得的复合阳极机械強度高，输出功率高，适于微生物燃料电池的工程化应用。本专利技术的技术方案ー种微生物燃料电池复合阳极的制备方法，步骤如下I)将活性炭粉末与铁(III)氧化物Fe3O4或a -FeOOH混合均匀得到混合物料；2)在上述混合物料中加入无水こ醇并分散均匀，水浴加热使こ醇微沸，然后逐滴滴加聚四氟こ烯水溶液破乳，将反应物辊压成膜；3)将上述辊压成膜材料表面再覆盖上ー层不锈钢网，辊压成型，根据需要切割成一定形状，即可制得复合阳扱。所述活性炭粉末与铁(III)氧化物的质量比为18:1。所述无水こ醇与混合物料的质量比为1:45-50。所述聚四氟こ烯水溶液的质量百分比浓度为60%，聚四氟こ烯与铁(III)氧化物的质量比为1-1. I :1。所述制得的复合阳极用于微生物燃料电池。本专利技术的复合阳极中，不锈钢网作为载体和集流体，活性炭粉末作为阳极，聚四氟こ烯和铁(III)氧化物作为辅助添加物。该制备方法中聚四氟こ烯的作用主要是纤维化使得电极材料聚结成型，对电极性能的影响因素不是很显著，故本方法只考虑铁(III)氧化物的量的变化而产生的影响，发现活性炭粉末、铁(III)氧化物、聚四氟こ烯的配比接近18:1:1时微生物燃料电池的性能最佳。本专利技术的微生物燃料电池工作原理阳极微生物催化氧化有机底物产生电子和质子，质子在溶液中直接或间接通过隔膜到达阴极，而产生的电子被阳极微生物捕获还原，随后将电子传递给铁(III)氧化物，此时电子到达阳极表面。本专利技术的优点及有益效果 该复合阳极以活性炭粉末为原料，鉄(III)氧化物作为辅助添加物，通过聚四氟こ烯粘结剂构造复合阳极来提高微生物燃料电池的产电性能，提高了阳极微生物动力学活性，加速了胞外电子传递速率，提高了微生物燃料电池的电化学性能和输出功率；该制备方法エ艺简单，原料成本低，制得的复合阳极机械強度高，适于微生物燃料电池的工程化应用。附图说明图I是含Fe3O4的复合阳极与无Fe3O4的空白阳极的两种微生物燃料电池的极化曲线对比。图2是含Fe3O4的复合阳极与无Fe3O4的空白阳极的两种微生物燃料电池的功率密度对比。图3是含a -FeOOH的复合阳极与无a -FeOOH的空白阳极的两种微生物燃料电池的极化曲线对比。图4是含a -FeOOH的复合阳极与无a -FeOOH的空白阳极的两种微生物燃料电池的功率密度对比。具体实施例方式实施例I :ー种微生物燃料电池复合阳极的制备方法，步骤如下I)将902. 5mg活性炭粉末与47. 5mg Fe3O4混合均匀得到混合物料；2)在上述混合物料中加入25mL无水こ醇(质量为20mg)并分散均匀，水浴加热使こ醇微沸，然后逐滴滴加35微升质量百分比浓度为60%的聚四氟こ烯水溶液(聚四氟こ烯质量为50mg)破乳，将反应物搅成团状，然后辊压成膜；3)将上述辊压成膜材料表面再覆盖上ー层不锈钢网作为集流体和载体，辊压成型，根据需要切割成一定形状，即可制得复合阳扱。将上述方法制备的复合阳极与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池，对照试验为阳极中没有Fe3O4的空白电极，与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池。图I所示为微生物燃料电池输出电压稳定后，修饰过的阳极极化曲线图。从图中可以看出Fe3O4修饰的阳极极化曲线斜率低于对照阳极，说明经过Fe3O4修饰后，体系欧姆内阻减小；在相同的电流密度下，Fe3O4修饰的阳极电位均低于对照阳极，当电流密度从O. 8 3. 3A · πΓ2时，修饰阳极电位从-O. 44到-O. 36V，而对照阳极电位从-O. 43到-O. 28V，可以看出对照阳极需要更大的极化作用来催化阳极生物电化学反应，Fe3O4促进了微生物与阳极间的电子传递。将上述方法制备的复合阳极与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池M,对照试验为阳极中没有Fe3O4的空白电极，与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池N。图2所示为微生物燃料电池稳定后，通过改变外接电阻的大小，测出的功率密度与电阻变化的关系曲线。当外接电阻从IkQ减小到50Ω吋，M和N的电流密度及输出功率均随着外阻的减小而增大，但是M电池的最大输出功率(809mW · m_2)比N电池的最大输出功率(664mW · πΓ2)高 22%。实施例2 ー种微生物燃料电池复合阳极的制备方法，步骤如下 I)将902. 5mg活性炭粉末与47. 5mg a -FeOOHFe3O4混合均匀得到混合物料；2)在上述混合物料中加入25mL无水こ醇(质量为20mg)并分散均匀，水浴加热使こ醇微沸，然后逐滴滴加35微升质量百分比浓度为60%的聚四氟こ烯水溶液(聚四氟こ烯质量为50mg)破乳，将反应物搅成团状，然后辊压成膜；3)将上述辊压成膜材料表面再覆盖上ー层不锈钢网作为集流体和载体，辊压成型，根据需要切割成一定形状，即可制得复合阳扱。将上述方法制备的复合阳极与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池，对照试验为阳极中没有a -FeOOH的空白电极，与涂刷Pt/C的空气阴极构成单室微生物燃料电池。图3所示为微生物燃料电池启动稳定后，阳极电位变化关系图。从图中可以看出a -FeOOH修饰的阳极极化曲线斜率低于对照阳极，经过a -FeOOH修饰后，体系欧姆内阻减小；在相同的电流密度下，a -FeOOH修饰的阳极电位均低于对照阳极，当电流密度从O. 8 3. OA · πΓ2时，修饰阳极电位从-O. 43到-O. 31V，而对照阳极电位从-O. 41到-O. 23V本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微生物燃料电池复合阳极的制备方法，其特征在于步骤如下：1）将活性炭粉末与铁(III)氧化物Fe3O4或α？FeOOH混合均匀得到混合物料；2）在上述混合物料中加入无水乙醇并分散均匀，水浴加热使乙醇微沸，然后逐滴滴加聚四氟乙烯水溶液破乳，将反应物辊压成膜；3）将上述辊压成膜材料表面再覆盖上一层不锈钢网，辊压成型，根据需要切割成一定形状，即可制得复合阳极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于宏兵，彭新红，王鑫，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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