[發明專利]一種簡單環保的陽極材料處理方法

有效

• 申請號: 201310251771.3
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103354290A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 成少安;劉偉鳳;郭劍;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及一種簡單環保的陽極材料處理方法，及其在微生物燃料電池中的應用，屬于新能源與污水處理領域。

背景技術

微生物燃料電池（Microbial?Fuel?Cell,?簡稱MFC）是一種利用微生物為催化劑，直接將儲存在廢水中的化學能轉化為電能的裝置。在污水處理、電解制氫、微生物傳感器、海水淡化等方面具有巨大的應用潛力。然而，目前微生物燃料電池的輸出功率密度很低，且制造成本較高，大大限制了其實際應用。如何提高MFC的產電性能是實現該技術實用化的關鍵。

微生物燃料電池的陽極肩負著附著微生物并傳遞電子的作用，是決定MFC產電能力的重要因素。實際上，微生物的生長和附著、有機物的氧化速率和電子傳遞效率都與陽極材料性質密切相關。目前最常用的陽極材料主要是碳基材料，如碳布、碳氈、碳紙、石墨棒（片)、碳纖維刷等。然而，普通碳材料表面的電催化活性以及電子傳遞能力都較差，造成了較大的陽極活化過電勢。因此為了降低陽極活化過電勢，進一步提高陽極的產電性能，必需對陽極材料表面進行處理或者修飾。已有報道的陽極處理方法包括高溫氨氣處理、HNO_3?或H₂SO₄強氧化處理、在陽極表面嵌入碳納米管、金屬氧化物、導電聚合物等。這些方法雖然能提高陽極的產電性能，但制作過程復雜，往往需要特殊設備；制備過程剩余的強氧化劑、納米材料、聚合物等會造成環境污染，因此難以滿足大規模應用的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種簡單環保的陽極材料處理方法。該方法能有效提高微生物燃料電池的功率輸出，且不需要復雜的設備和操作，不造成環境污染。

為解決技術問題，本發明解決方案是：

提供一種簡單環保的陽極材料處理方法，包括以下步驟：將碳材料制成電極形狀后，浸漬于質量濃度為5%~30%的過氧化氫或質量濃度為10%~60%的次氯酸鈉溶液中，在0~30^oC且避光條件下靜置6~10?h；將所得的樣品用去離子水沖洗4~8次后，置于烘箱中，在60~100^oC下烘干6~8?h，即得到處理好的陽極材料。

本發明中，所述碳材料是碳纖維布、碳紙、碳氈、碳纖維刷、活性炭顆粒或石墨顆粒。

本發明中，所述避光條件是通過使用不透光的容器盛裝溶液、用鋁箔紙包裹容器、或將容器置于暗室中實現的。

本發明中，進行浸漬時，根據電極形狀的不同，浸漬比有所區別：平面電極的浸漬比為8~20?L/m²，碳纖維刷或塊狀電極的浸漬比為800~2000?L/m³。

與現有技術相比，本發明有益效果是：

本發明的陽極表面處理方法具有以下優點：

（1）與未處理的碳材料相比，以過氧化氫或次氯酸鈉溶液處理過的碳材料作為微生物燃料電池的陽極，可以大大提高反應器的產電功率，減小陽極極化，縮短反應器的啟動時間。

（2）處理方法簡單，處理效果穩定，利于大批量生產。

（3）以過氧化氫或次氯酸鈉溶液為處理試劑，價格低廉，來源廣泛；剩余的試劑可通過光照或輕微加熱，分解為氧氣、水和氯化鈉，不會對環境造成污染。

附圖說明

圖1為實施例1、2的陽極用于微生物燃料電池的結構示意圖。

圖2為使用實施例1、2的陽極時，微生物燃料電池的啟動曲線。

圖3為使用實施例1、2的陽極時，微生物燃料電池的功率密度曲線。

圖4為實施例1、2的陽極和未處理陽極的極化曲線。

圖中標號：1-電池殼體；2-碳布陽極；3-空氣陰極；4-鈦片集電體；5-玻璃纖維；6-進液/出液口；7-外接電阻。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實例對本發明作進一步說明，其目的在于更好地解釋本發明而非對本發明的限制。

具體實施例1

陽極處理：將碳纖維布剪成面積為7?cm²的圓形電極，將一片電極置于5.6?mL（浸漬比8.0?L/m²）質量分數為30%的過氧化氫溶液中，溶液置于用鋁箔紙包裹的燒杯中，在30^oC下浸漬10?h；取出后用大量去離子水沖洗5次；將所得樣品置于烘箱中，在60^oC下烘干8?h，即得到過氧化氫溶液處理的碳布陽極。