[发明专利]一种微生物电解池的泡沫材料复合阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微生物电解池的泡沫材料复合阴极及其制备方法，属于微生物电解池领域。本发明要解决现有微生物电解池中阴极的造价较高，制作工艺复杂，产能效率不高的问题。本发明所述复合阴极是由泡沫镍板和粉末硒制成的。制备方法：对泡沫镍板清洗后烘干；然后在其表面均匀涂抹粉末硒，进行连续二次灼烧，即得到复合阴极。本发明的微生物电解池的泡沫材料复合阴极产能效果高，制造成本低廉，制备制作工艺简易，耗费时间少，利于空气阴极的扩大化生产。

技术领域

本发明属于微生物电解池领域；具体涉及一种微生物电解池的泡沫材料复合阴极及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，工业化的快速发展造成环境污染和能源危机导致了人们对能源的需求越来越多。因此，寻找高效废水处理手段同时产生绿色的可再生能源成为研究重点。Biohythane是一种由生物甲烷和生物氢混合物组成的新高价值燃料，它是使用厌氧消化从不同的有机物产生的。剩余活性污泥在厌氧消化反应中产生甲烷，生物能源在这个过程中被回收，但能量产率往往不高。微生物电解池(MEC)是极具有前景的生物能源回收途径并且在处理污泥和产生气体方面有更高效率。但与此同时，这种技术目前也是一种挑战，当前的技术瓶颈问题在于如何进一步降低阴极造价和如何合理的实现反应器扩大化，这两点是该技术在未来能否成功实现工业化和商业化的关键。

微生物电解池技术从诞生以来不断发展，其中单室微生物电解池造价较低、结构简单、反应器启动与运行相对容易，较其它类型反应器更为合理和实用。近年来随着研究的深入，如碳纸、碳毡、不锈钢网等廉价材料有逐步取代传统电极材料碳布的趋势，另外诸如活性碳粉、四甲氧基苯基卟啉钴、二氧化锰等廉价催化剂也被证明可以代替传统的昂贵金属催化剂铂，使得目前微生物电解池的造价已经大幅度降低，但对于产气效率和产气量还有很大的提高空间，有待继续探究。另一方面，作为一项新兴污水处理技术，反应器的扩大化是其实现实际应用前必须突破的技术瓶颈，就目前传统的反应器结构而言，阴极结构过于复杂，制作耗时、费力，成为了反应器扩大化的限制性因素，因此围绕阴极结构和制作的简化研究也具有实际意义。

发明内容

本发明要解决现有微生物电解的阴极造价较高，制作工艺复杂，采用廉价材料产气效率不高的技术问题，而提供一种微生物电解池的泡沫材料复合阴极及其制备方法。

本发明微生物电解池的泡沫材料复合阴极是由泡沫镍板和粉末硒通过连续二次灼烧制成的，具体步骤是：对泡沫镍板清洗后晾干；然后在其表面均匀涂抹粉末硒，在220～280℃条件下灼烧2h～3h，升温至580～620℃继续灼烧30min～40min，即得到微生物电解池的泡沫材料复合阴极；本发明方法在220～280℃条件下灼烧的目的是使粉末硒(硒熔点221℃)溶化渗入泡沫镍板中，再在580～620℃条件下灼烧的目的是去除剩余没有渗入的粉末硒。

进一步限定，所述泡沫镍板孔径为100μm～200μm，厚为1mm～2mm。

进一步限定，所述粉末硒纯度为99.99％(质量)以上。

进一步限定，所述泡沫镍板清洗是依次用丙酮、去离子水、乙醇超声清洗，均清洗2～3次。

进一步限定，粉末硒的用量为0.2g/cm2～0.3g/cm2。

进一步限定，所述泡沫镍板清洗后晾干是在室温下进行的，时间一般控制在1h。

进一步限定，所述的灼烧是在密封的马弗炉中进行的。

本发明泡沫材料复合阴极中的基本功能性结构由泡沫镍板和粉末硒两部分组成。有着大的比表面积的电极基体可以为电极提供更多的活性表面，受到科研工作者们的青睐。泡沫镍不仅有着大比表面积，而且有着良好的导电性、延展性和机械加工性能，是性能优异的电极基体。粉末硒具有与硫相似的化学性质并且具有良好的导电性，并且价格远优于传统催化剂铂，在锂电池和电容器中得到了应用。