[发明专利]介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料修饰的微生物燃料电池阳极制备方法

说明书

介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料修饰的微生物燃料电池阳极制备方法,步骤为,将采用溶胶‑凝胶法和聚合反应制得的MS/PPy纳米复合材料，在Nafion液中常温超声分散后，涂敷在石墨毡上，最后烘干粘结负载在石墨毡载体表面。具有很好的微生物燃料电池产电性能，并且具有活性高、稳定性好等优点。MS/PPy修饰石墨毡阳极的电阻较低，具有较好的电化学性能。将MS/PPy修饰石墨毡电极应用到MFC的阳极上，可以降低MFC的内阻，提高MFC的功率密度、产电性能和COD去除率。本发明的介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料制作简单、成本较低，可以作为一种有效的MFC阳极修饰材料。

技术领域

本发明属于生物燃料电池技术领域，涉及介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料修饰的微生物燃料电池阳极制备方法。

背景技术

微生物燃料电池MFC是一种利用自然界中廉价易得的微生物作为生物催化剂，是将有机物中的化学能转变为电能的装置。在废水处理等方面具有潜在的巨大应用价值。但是微生物燃料电池的输出功率密度偏低，限制了其大规模的实际应用。电极材料的选择对输出功率的大小有着决定性的影响；产电微生物附着在阳极上，阳极不仅影响着产电微生物的附着量，还影响着电子从微生物向阳极的传递效率。因此，一个高效能的阳极材料对于提高微生物燃料电池的功率输出起着十分重要的作用。

选作阳极的电极材料一般为吸附性强、导电率高、比表面积大、无腐蚀性、生物兼容性好的材料，如多孔碳材料、石墨基材料。目前对阳极材料的修饰、改性是研究的热点之一。介孔二氧化硅不仅具有比表面积大、稳定性好、生物相容性好、水溶性，而且具有制备方法简单、多样、表面易于修饰等优点，近几年被应用于生物医学、水处理、催化材料等领域，但在微生物燃料电池上的应用鲜见报道。但二氧化硅导电性不好，若用来修饰微生物燃料电池的阳极，需要进行掺杂提高导电性。

导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等由于具有较好的电化学特性，被用于MFC 中作为电极修饰材料的研究越来越多。聚吡咯具有导电率高、空气稳定性好、生物相容性好、易于制备和无毒等优点，目前被认为是最具有应用前景的导电高分子材料之一。目前大多数的研究多集中在电沉积聚吡咯或将聚吡咯直接掺杂在其他材料中,进而构建生物传感器。将介孔二氧化硅与导电聚合物结合共同修饰阳极材料，既可以增加阳极的比表面积，增加微生物的固定量，又可增强阳极的导电性，从而提高微生物燃料电池处理废水的效果。由于介孔二氧化硅（MS）孔道内和外表面有大量的硅羟基,这些硅羟基可以吸附吡咯单体,进而完成聚吡咯（PPy）在二氧化硅上的原位聚合。由于MS/PPy复合纳米材料有很大的比表面积,聚吡咯层又有很好的导电性,因此可加快电子在微生物与电极间的传递。

发明内容

本发明针对传统微生物燃料电池电极制备中存在的问题,提出一种新型的介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料修饰的微生物燃料电池阳极制备方法。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种介孔二氧化硅/聚吡咯纳米材料修饰的微生物燃料电池阳极制备方法,步骤为,将采用溶胶-凝胶法和聚合反应制得的MS/PPy纳米复合材料，在Nafion液中常温超声分散后，涂敷在石墨毡上，最后烘干粘结负载在石墨毡载体表面。

作为本发明的进一步优选方案,采用如下步骤，

a.介孔二氧化硅的合成：

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，无水乙醇为共溶剂，浓氨水为碱源，来制备介孔二氧化硅,模板剂的去除方法采用无水乙醇/浓盐酸溶液多次超声洗涤方式；

b. MS-PPy复合纳米材料的制备：

将介孔二氧化硅分散于15mL乙醇中，再加入吡咯单体；混合液放在超声振荡器中超声震荡20min后转到烧瓶中，在机械搅拌条件下，加入15mL含有0.9g FeCl₃的水溶液，反应12小时候后把所得溶液离心分离，取离心后固体，用二次蒸馏水水洗三遍，真空干燥，得到MS-PPy复合纳米材料；