[发明专利]一种微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及生物燃料电池的制造领域，尤其涉及到一种采用碳化钼钴作为阳极催化剂的微生物燃料电池。

背景技术

随着经济的飞速发展，环境污染和能源短缺问题已成为当前人类的主题，坚持实施可持续发展战略已成为我国必须考虑的重要课题。有机污染物由于具有持久性、高毒性及迁移性等特点，已经严重影响到了人类的生存及健康，同时，有机污染物中还蕴含有巨大的能量，造成了能源的极大浪费。因此，如何可持续地将有机污染物中的生物质能提取出来并转换成人类能利用的形式，具有重要的科学意义。

目前，人类已经研究出了利用微生物的催化氧化作用，将储存在有机污染物物中的化学能直接转化为电能的装置，即微生物燃料电池，该微生物燃料电池既能利用废水产生电能，同时也具有较高的COD去除率，其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机污染物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。目前，人们通常采用商业化Pt/C作为阳极催化剂制备电池，但商业化Pt/C的价格昂贵，不适合企业发展。现也有申请号为200910192448.7的专利提出了碳化钼在制备微生物燃料电池阳极中的应用，但由该专利所得电池的产电功率低，且催化性能较差及生产成本高。

此外，人们还采用文献【靳广洲；樊秀菊；孙桂大；高俊斌；朱建华；；钴掺杂对碳化钼催化噻吩加氢脱硫性能的影响[J]；高等学校化学学报；2007，28（06）：1169-1174】中的方法制备碳化钼钴，但该方法制备过程中会使用危险性气体H₂/CH₄，该气体对工作人员具有极大的危害，同时生产过程复杂，对设备要求高，不利于广泛应用。

因此，急需研究出一种既能高效地产电，又能降低生产成本，且生产过程简单，对设备要求低，对环境友好的微生物燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于提出一种产电效率高、生产成本低廉、生产过程简单、生产过程中对设备要求低、且对环境友好的微生物燃料电池。

为了解决现有技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种微生物燃料电池，包括阳极室、膜阴极及外电路三部分，阳极室包括阳极、阳极液及产电微生物，所述阳极是以碳化钼钴催化剂作为阳极催化剂的；所述碳化钼钴催化剂是先将硝酸钴和钼酸铵进行焙烧，然后用双氧水还原，再与蔗糖在惰性气氛下退火得到。

所述碳化钼钴催化剂是通过以下具体步骤得到：

（1）将硝酸钴与七钼酸铵按摩尔比Co:Mo=1:1的比例置于水中溶解，搅拌均匀后陈化0.2~0.6h，然后在鼓风干燥箱中进行干燥；

（2）干燥后的混合物置于马弗炉中进行焙烧，得到Co-Mo混合氧化物；

（3）室温条件下将Co-Mo混合氧化物置于质量分数为30%的过氧化氢溶液中反应25~55h，取出上清液；

（4）上清液在室温下结晶，然后加入3~4倍摩尔量的蔗糖溶液进行溶解，再加热至溶液呈深蓝色，用鼓风干燥箱干燥至深蓝色母体碎片，在惰性气体条件下对母体碎片进行退火，得到碳化钼钴催化剂。

步骤（1）中所述鼓风干燥箱的温度控制为100~110℃。

步骤（2）中所述马弗炉的温度控制为500~560℃。

步骤（4）中所述鼓风干燥箱的温度控制为100~125℃。

步骤（4）中所述退火温度为850~950℃、退火时间为1.8~2.3h。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

通过本发明制备的碳化钼钴双金属催化剂，Co以金属细颗粒的形态均匀地分布在生成的Mo₂C组分之间，经过了相互共生过程，得到了Mo₃Co₃C和Mo₂C混合体，过程中掺入Co物种与Mo₂C形成共生共存体系，材料的比表面积比单一Mo₂C的大，从而具有比Mo₂C更好的催化性能。