[發明專利]一種微生物輔助光電催化還原CO2的方法

有效

• 申請號: 201710544657.8
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107326391B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 楊慧敏;代紅艷;劉憲;杜海燕;簡選;胡雪艷;梁鎮海
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C25B3/04
• 分類號: C25B3/04;C25B11/06;C02F3/00;C02F3/34;C02F101/30
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

1.一種微生物輔助光電催化還原CO₂的方法，所述方法是按下列步驟進行的：

（1）含有離子液體的多元電解液的復配

配制離子液體-水二元體系、或者離子液體-有機溶劑-水三元體系作為陰極電解液，按體積百分比將各組分加入后，磁力攪拌2 h，然后超聲30 min，使之混合均勻；

（2）制備具有電活性的微生物陽極

在室溫下將不同菌源的微生物接種至微生物燃料電池的陽極室，選擇預處理過的無毒易附著微生物的材料為陽極基體，添加一定量的有機廢水為微生物提供營養；以制備好的MOFs基復合材料為陰極，步驟（1）配制的含有離子液體的多元溶劑作為陰極電解液，CO2為陰極電子受體，外接100~10000 Ω電阻，以微生物燃料電池的方式進行在線馴化10~25天，當陽極電勢下降至-300 mV~ -400 mV，且輸出電壓穩定時，完成電活性微生物的馴化，獲得具有電活性微生物陽極；

（3）在以陽離子膜為隔膜的雙室石英電解槽中，以通過步驟（2）獲得的具有電活性的微生物作為陽極、步驟（1）配制含有離子液體多元電解液作為陰極電解液、MOFs基復合光電催化材料作為陰極，控制溫度為20 ^oC~35 ^oC，以1 mL/s~5 mL/s的流速通半小時CO₂氣體，使電解液中的CO₂氣體達到飽和，施加-50 mV~-500 mV的偏壓，在模擬太陽光照射一段時間后，陽極處理有機廢水，陰極光電催化還原CO₂，并通過氣相色譜檢測法對還原產物的組分和含量進行檢測；

所述離子液體是咪唑、四烷基銨、吡啶、噻唑、吡咯烷和卟啉的離子液體，其中離子液體的含量為體積分數15-60 %；

所述有機溶劑是占溶劑總體積為10-50 %的乙腈、DMF、二氯甲烷、三氯甲烷中的一種；

所述MOFs基復合光電催化材料是N摻雜石墨烯量子點(NGQD)/MOFs復合材料、石墨烯量子點(GQD)/MOFs復合材料、碳量子點(CQD)/MOFs復合材料、g-C3N4/MOFs復合材料、石墨烯/g-C3N4/MOFs復合材料、TiO2/MOFs復合材料、g-C3N4/MOFs衍生多孔碳和石墨烯量子點/MOFs衍生多孔碳中的一種。

2.如權利要求1所述的方法，所述電活性微生物陽極的菌源是生活污水、消化污泥、厭氧活性污泥或者好氧活性污泥中的一種。

3.如權利要求1所述的方法，所述陽極基體是碳氈、碳布、碳紙、石墨片、石墨棒、活性炭、碳纖維、碳納米管和不銹鋼纖維刷中的一種。

4.如權利要求1所述的方法，所述陽極基體的預處理是先用大量清水沖洗，然后分別在丙酮、去離子水、乙醇、去離子水四種溶液中超聲20 min，然后在1 mol/L的HCl和1 mol/L的NaOH分別浸泡2 h，以除去電極材料表面雜質，然后用大量去離子水沖洗，在去離子水中浸泡5 h，換水，重復三次。

5.如權利要求1所述的方法，所述有機廢水是生活污水、啤酒廠廢水、焦化廢水、廚余垃圾、垃圾滲濾液、植物秸稈水解液、養殖廢物、乳液廢水、淀粉廢水、煉油廢水、藥物廢水和染料廢水中的一種。