[發明專利]一種玉米芯催化劑，催化層的制備方法及微生物燃料電池

在審

• 申請號: 201810304551.5
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108539213A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 張鴻郭;張楠;盧洵;鐘鏗鏘;李猛;陳梓軒;楊悅;宮昌辰;肖唐付
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/16
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

本發明公開了一種玉米芯催化劑，催化層的制備方法及微生物燃料電池。涉及生物電化學領域。該催化劑的材料為玉米芯，催化層的制備方法是通過將玉米芯材料負載到碳布的方法得到微生物燃料電池負載有玉米芯碳布的陰極。通過該方法制備的微生物燃料電池，其玉米芯催化劑的原料與貴金屬鉑及其合金材料相比，預處理較易、低廉、來源廣泛，制備的負載有玉米芯催化劑的陰極具有較穩定的輸出電壓、較強的導電性能、較穩定的功率密度、有利于氧化還原反應的反應進程，在微生物燃料電池中成本較為低廉、功率密度較高、運行較穩定能廣泛應用于包括微生物燃料電池、鋰電池或超級電容器等領域。

技術領域

本發明涉及生物電化學領域，更具體的涉及一種玉米芯催化劑，催化層的制備方法及微生物燃料電池。

背景技術

以活性污泥工藝和生物膜工藝為代表的好氧處理技術一直作為污水處理的主要方法，傳統的厭氧處理工藝的應用雖有所增長，但其主要限于高濃度廢水的處理。現階段，能源問題成為全球迫在眉睫需要考慮的問題，更是我國經濟社會進一步發展的制約因素，因此，尋求經濟效益好、資源消耗少、環境污染小的處理技術顯得十分迫切。

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是：在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑在陰極得到電子被還原與質子結合成水。微生物燃料電池具有易于操作，成本相對較低的優勢，不僅可以把污水處理由一個耗能產業轉變成為一個產能單位，還可以把化學能轉化為電能，是一種清潔的可持續能源。

然而，目前關于微生物燃料電池的研究還處于起步階段，其發展仍然面臨許多挑戰。特別是，較低的輸出功率和較高的原料成本是限制該技術商業化和工程實際應用的主要障礙，然而，改善陰極反應條件可以有效提高微生物燃料電池輸出功率及污染物去除率。本實驗利用將玉米芯材料負載到碳布的方法得到微生物燃料電池負載有玉米芯碳布的陰極。玉米芯催化劑的原料與貴金屬鉑及其合金材料相比，預處理較易、低廉、來源廣泛，制備的負載有玉米芯催化劑的陰極具有較穩定的電壓、較強的導電性能、較穩定的功率密度、有利于氧化還原反應的反應進程，微生物燃料電池中成本較為低廉、功率密度較高、運行較穩定。

發明內容

本發明實施例提供一種玉米芯催化劑，催化層的制備方法及燃料電池，用以解決現有技術中存在微生物燃料電池的運用中較低的輸出功率和較高的原料成本。

本發明實施例提供一種玉米芯催化劑的制備方法，包括：

將按照設定尺寸切塊的玉米芯在設定溫度下進行烘干，將烘干后的所述玉米芯通過粉碎機得到玉米粉，將所述玉米粉通過100目篩子過濾；

將過濾后的所述玉米粉放置到管式爐分別按照設定溫度以及設定時間進行灼燒，得到玉米芯催化劑，其中，所述設定溫度分別為：250℃，350℃，450℃，550℃，650℃和750℃，所述設定時間為120min。

優選地，所述玉米芯通過粉碎機粉碎時間為每次5～8min。

優選地，所述設定尺寸為每個所述玉米芯的長度為4cm；所述設定溫度為40℃。

本發明實施例還提供一種催化層的制備方法，包括：

將玉米芯催化劑和乙炔黑按照質量比1:4放置到配料容器內，向所述配料容器內逐滴添加與所述玉米芯催化劑質量比為1:11～12的去離子水；

向所述配料容器內依此加入與所述玉米芯催化劑質量比為1：31～32：26～27的濃度為5％的Nafion溶液和純異丙醇溶液并攪拌，得到懸浮液；

將所述懸浮液涂覆到碳布上，所述碳布上形成厚度介于0.3～0.5mm的涂層，將帶有涂層的所述碳布至少干燥24h后，得到催化層。