[發明專利]一種Ti4

有效

• 申請號: 202011388403.X
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112421054B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 楊立輝;林輝;呂斯濠;陳加嬌;楊文劍;李威;劉倩
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/16
• 代理公司: 北京華際知識產權代理有限公司 11676
• 代理人: 葉玉鳳;馮春回

本發明公開一種Ti₄O₇多孔電極的制備方法及微生物燃料電池，作為從污水中回收電能的應用，屬于污水處理資源化領域。本發明提出的Ti₄O₇多孔電極采用Ti₄O₇顆粒為原材料，利用等離子燒結技術（SPS）通過氯化鈉NaCl模板法制備而成。電極孔徑為60~100μm，將其作為MFC陽極，相較于傳統碳布電極，MFC產電性能均可提高，功率密度提高了2.4倍。孔徑為60~100μm的多孔電極具備更大的比表面積，提供更多活性位點，并能負載更多功能微生物，利于微生物與電極界面的電子傳遞，在提高MFC產電性能方面具有明顯優勢。本發明所述的Ti₄O₇多孔電極制備方法簡單、快速，使MFC產電性能增強，提高了MFC技術的實際應用潛能。

技術領域

本發明涉及污水處理資源化領域技術，尤其是指一種Ti₄O₇多孔電極的制備方法及其作為微生物燃料電池陽極進行電能高效回收的應用。

背景技術

污水中含有的有機污染物蘊藏豐富的化學能，是水處理過程所需能量的9~10倍。實現污水處理能量自給或產能，推動水處理向資源化、可持續化方向發展是當今水處理技術改革的重要方向。

微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）技術，利用微生物作為催化劑，將污水中有機質的化學能轉換為可直接利用的電能，具有對底物的利用范圍寬，受溫度影響小、能量轉化率高等優點，近年來受到國內外學者的廣泛關注。目前MFC輸出電流低，屬于“低品位”電能難以直接利用，是制約其規模化應用的主要問題。MFC產電本質是陽極上微生物對有機質的催化分解并實現電子向電極（陽極）的傳遞過程，所以微生物負載量以及電子傳遞速率是影響MFC產電大小的關鍵問題。而陽極材料，不僅直接影響微生物細胞在電極的附著與生長，決定電極微生物負載量，影響電極生物膜的形成與結構，進而影響電子從微生物向電極的直接/間接傳遞速率，所以陽極材料是決定MFC產電性能的極其重要的因素。

三維電極孔結構可以實現微生物在電極內部的生長繁殖，有效增加微生物負載量，從而提高MFC輸出電流，所以孔結構是MFC陽極材料開發、優化的重要因素。然而，目前研究中均未涉及電極孔結構的適宜范圍。此外，有研究表明，利用導電能力強、化學穩定性高、價格低廉的新型陶瓷材料（Ti₄O₇、Ti₅O₉等），可以作為MFC陽極材料提高其產電性能。因此，利用亞氧化鈦Ti₄O₇，從頭設計、制備不同孔結構的多孔電極，優化Ti₄O₇多孔電極孔結構以富集更多功能微生物從而提高MFC產電性能，為推進MFC技術的實際應用奠定基礎。

發明內容

本發明主要面向當前廢水資源化處理需求，針對MFC亟需提高電能回收效能，解決MFC陽極材料規模化應用的制約性問題，提供一種Ti₄O₇多孔電極的制備方法，并將該電極用于多陽極共享陰極MFC系統，實現MFC產電性能的提升，為MFC技術實現廢水資源化的實際應用奠定基礎。

為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案：