[发明专利]一种西瓜皮催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池

说明书

本发明公开了一种西瓜皮催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池，涉及生物电化学领域。所述催化剂的材料为西瓜皮。催化层的制备方法利用西瓜皮材料负载到碳布的方法得到微生物燃料电池负载有西瓜皮碳布的阴极。通过该方法制备的微生物燃料电池，其西瓜皮催化剂的原料与贵金属铂及其合金材料相比，来源广泛、成本低，制备的负载有西瓜皮催化剂阴极具有制备容易、具有良好的导电性能以及较好的氧还原反应活性，应用于微生物燃料电池中，成本较低、维护简单、运行以及产电效果较为良好、能广泛应用于包括微生物燃料电池、超级电容器以及燃料电池等领域。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，更具体的涉及一种西瓜皮催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池。

背景技术

能源问题是现代工业化迫在眉睫必需解决的难题之一，化学燃料能源已经不能满足当代社会的需求，同时能源的开发对环境的破坏也是日益加剧，所以高效的开发和利用生物质能，可以解决环境污染和能源匮乏问题，对实现社会可持续发展具有重要意义。

微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)其能通过产电微生物的活性，将污水中的化学能转换为电能，是一种有新型、多功能的生物电化学技术。在MFC阳极的产电微生物能降解有机物产生电子和质子，通过微生物捕获至阳极后，通过外电路将电子转移至阴极，质子通过质子交换膜传送至阴极，最终使质子与电子受体发生反应而产生电流。相比于传统燃料电池，MFC能够在处理有机废水的同时，也能产电，并且不带来二次污染；具有处理效果好、清洁可再生能源、维护简单等优点，是一种新型高效的技术，得到国内外学者的广泛关注。

然而，微生物活性、电极材料的性能和质子交换膜的匹配性等问题限制该技术的发展，虽然微生物燃料电池的潜力在未来的发展具有良好应用，但是由于它的输出功率较低，还不能满足现代工业的需求。通过研究发现，通过制备适合的微生物燃料电池的阴极催化剂，其能显著提高微生物燃料电池的产电性能，因此阴极催化剂成为限制MFC发展的重要因素之一。本实验利用将西瓜皮材料负载到碳布的方法得到微生物燃料电池负载有西瓜皮碳布的阴极。西瓜皮催化剂的原料与贵金属铂及其贵金属复合物相比，预处理容易、低廉、来源广泛，制备的负载有西瓜皮催化剂具有不错导电性及电子迁移性有利于氧还原反应的反应进程，微生物燃料电池中成本较低廉、功率密度较高、运行较稳定。

发明内容

本发明实施例提供一种西瓜皮催化剂，催化层的制备方法及微生物燃料电池，用以解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的原料成本。

本发明实施例提供一种西瓜皮催化剂的制备方法，包括：

将按照设定尺寸切块的西瓜皮在设定温度下进行烘干，将烘干后的所述西瓜皮通过粉碎机得到西瓜皮粉，将所述西瓜皮粉通过100目筛子过滤；

向容器内加入与所述过滤后的西瓜皮粉质量比为1.21～1.22：1的浓度为37％盐酸溶液并搅拌反应600min，形成悬浮液；

用去离子水洗涤所述悬浮液，将洗涤后的所述悬浮液在干燥箱内干燥，得到固态物体；

将所述固态物体放置到管式炉分别按照设定温度以及设定时间进行灼烧，得到西瓜皮催化剂，其中，所述设定温度分别为：400℃，500℃，600℃和700℃，所述设定时间为120min。

优选地，所述西瓜皮通过粉碎机粉碎时间为每次5～8min。

优选地，所述设定尺寸为每个所述西瓜皮的长度为4cm；所述设定温度为40℃。

本发明实施例还提供一种催化层的制备方法，包括：

将乙炔黑和西瓜皮催化剂按照质量比4：1放置到配料容器内，向所述配料容器内逐滴添加与西瓜皮催化剂质量比为1：11～12的去离子水；