[發明專利]一種聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法及其在微生物燃料電池陰極材料的應用

在審

• 申請號: 201810490894.5
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108822541A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 劉琪凱;次素琴;付倩;盧戀月;薛小童;吳江;張國楨
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K3/04;C01B32/194;H01M4/86;H01M4/88;H01M8/16
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 張榮

本發明公開了一種聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法及其在微生物燃料電池陰極材料的應用，合成方法為將苯胺溶解在鹽酸溶液中，另將石墨烯，十二烷基苯磺酸鈉，過硫酸銨溶于鹽酸溶液中，然后將苯胺酸性溶液滴加入過硫酸銨溶液中過濾反應液，將截留物分別用乙醇和去離子水清洗，干燥得聚苯胺/石墨烯粉末。將其研磨煅燒成功制備出聚苯胺/還原石墨烯的微生物陰極材料。將其加于硼氫化鈉的乙醇溶液中過濾反應液，將截留物分別用乙醇和去離子水清洗，干燥得藍色聚苯胺/還原石墨烯粉末。本發明的優點是：利用聚苯胺/還原石墨烯，吸附六價鉻離子，并在燃料電池中進行還原反應，處理重金屬離子，同時可以產生較高電壓。

技術領域

本發明涉及一種聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法及其在微生物燃料電池陰極材料的應用。

背景技術

微生物燃料電池(Microbial fuel cell,MFC)是利用微生物作為反應主體，將有機物質的化學能直接轉化為電能的一種裝置，在廢水資源利用方面具有廣闊的前景。陰極材料作為電化學反應以及電子傳輸的重要場所，是能源存儲轉化器件的重要組成部分，對電化學能源的性能起著至關重要的作用。因此陰極材料對提升微生物燃料電池的性能有著舉足輕重的意義。

以金屬離子作為MFC的陰極電子受體，利用MFC產生的電流代替電解法處理含金屬廢水技術中的傳統電源，實現金屬離子的電還原。以聚苯胺/還原石墨烯材料為催化劑的陰極微生物燃料電池能有較高的功率輸出，廉價易得，能降低陰極反應活化電壓，因此具有優良的電學性能。

發明內容

本發明涉及一種聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法及其在微生物燃料電池陰極材料的應用，微生物燃料電池陽極微生物分解有機物，為陰極提供電子和質子，陰極材料采用聚苯胺/還原石墨烯材料吸附六價鉻離子，增快還原電子的速率。燃料電池結構簡單，回收效率較高。

本發明的技術方案如下：一種聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）聚苯胺/還原石墨烯的合成：分析純的苯胺在180℃蒸餾純化后，將苯胺溶解在鹽酸溶液中，另將十二烷基苯磺酸鈉，石墨烯，過硫酸銨溶于鹽酸溶液中，然后將苯胺酸性溶液滴加入過硫酸銨溶液中，在室溫下反應12h；

（2）反應完成后過濾反應液，將截留物分別用乙醇和去離子水清洗，在50℃干燥箱內干燥得聚苯胺/石墨烯粉末；

（3）將其研磨，放入瓷盅里在充滿惰性氣體的管式爐中煅燒，從常溫，以5℃/min升溫到800℃，在800℃下保持2h。自然冷卻至室溫，取出后再次研磨；

（4）將其加于硼氫化鈉的乙醇溶液，室溫下反應12h，反應完成后過濾反應液，將截留物分別用乙醇和去離子水清洗，最后在50℃真空干燥箱內干燥得聚苯胺/還原石墨烯。

一種所述的聚苯胺/還原石墨烯材料的合成方法制作出的聚苯胺/還原石墨烯在微生物燃料電池陰極方面的應用，其特征在于包括以下步驟：

（1）所述合成的聚苯胺/還原石墨烯材料與粘結劑混合涂布到2*1cm碳布上，并組裝到微生物燃料電池陰極室；

（2）微生物燃料電池采用雙室結構，兩室之間采用質子交換膜隔開，將配置的酸性重鉻酸鉀和陽極微生物生長液分別裝入對應的陰、陽極室中進行培養。

其（1）特征在于所述的苯胺的鹽酸濃度為0.3g/mL。

其（1）特征在于所述的鹽酸濃度為1mol/L。

其（1）特征在于所述的石墨烯，十二烷基苯磺酸鈉，過硫酸銨的質量比為1：6：30。

其（1）特征在于所述的惰性氣體為N₂或者Ar氣。

其（1）特征在于所述的煅燒溫度為800℃。

其（2）特征在于所述的酸性重鉻酸鉀pH為2。