[发明专利]一种椴木三维碳电极在微生物燃料电池中的应用

说明书

本发明属于微生物燃料电池技术领域，涉及一种椴木三维碳电极在微生物燃料电池里的应用；步骤为：首先选择椴木沿着微孔的垂直方向切割得到木片，在氮气保护下进行预碳化；然后打磨，置于去离子水反复超声清洗；然后再放入过氧化氢‑乙酸的混合溶液进行水热反应，结束后冷冻干燥，在氮气保护下高温碳化；得到碳化后的木片，根据燃料电池的尺寸进行裁剪，清洗后用钛丝链接得到椴木三维碳电极；选择产电菌接种至LB培养基中进行活化培养，离心重悬，得到菌泥，加至电池阳极液中，当电池阳极液达到一定OD₆₀₀值时，停止加入菌泥；最后将制备的椴木三维碳电极装入阳极室中，实现椴木三维碳电极在微生物燃料电池里的应用；本发明具备成本低，性能高，比表面积大、生物相容性好、工艺简单等优点。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池技术研究领域，具体涉及一种椴木三维碳电极在微生物燃料电池里的应用。

背景技术

微生物燃料电池是利用产电微生物氧化有机质的同时释放出生物电能的有前景的技术，在微生物燃料电池阳极室中，微生物氧化有机质产生电子和质子，电子通过电子传递介质在生物组分和阳极电极之间传递，然后通过外电路到达阴极产生电流。微生物燃料电池在污水处理、远程电源、生物传感器和海水淡化等领域具有广阔的应用前景。然而，当前微生物燃料电池低性能、高成本等问题严重阻碍了它的实际应用。阳极电极作为微生物富集和电子传递主要场所，是决定电池性能和成本的重要因素之一，因此开发低成本、高效率的电极材料，才能实现燃料电池的实际应用和推广。

理想电极材料应具有稳定性、生物相容性、成本低廉、化学稳定、具有三维大孔结构、比表面积高等优点。目前常用的应用于微生物燃料电池的各种阳极碳材料有碳纳米纤维、碳毡、碳纳米管等材料，但是也面临着成本高，制备工艺复杂等问题，很大程度上阻碍了它的商业化发展。近年来，一些生物质被开发制备成阳极电极，例如丝瓜络、蚕茧等，然而这些天然材料没有稳定的表面三维大孔结构，材料强度低，电极性能有限，若想制成大电极在污水处理过程中长期工作运行，具有局限性。

木材是一种丰富的碳中和可再生资源，具有独特的大孔隙结构，有利于微生物的附着。近年来有利用木材作为载体材料与纳米碳材料结合制备的电极实现了电极性能的提高，但其制备过程复杂，大部分用于超级电容未应用于微生物燃料电池，所以急需研究一种成本低、制备工艺简单可应用于微生物燃料电池阳极碳材料。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在解决所述问题之一；本发明提供了一种椴木三维碳电极在微生物燃料电池中的应用，制备得到的椴木三维碳电极材料用于微生物燃料电池能够获得较高的电化学性能。

为了实现以上目的，本发明一种椴木三维碳电极在微生物燃料电池中的应用的步骤如下：

(1)选择椴木沿着微孔的垂直方向进行切割，得到三维片状的木片，在氮气保护下进行预碳化；

(2)将步骤(1)预碳化后的木片进行打磨，得到薄木片，置于去离子水反复超声清洗；然后再放入过氧化氢-乙酸的混合溶液中，在一定的温度条件下进行水热反应，反应结束后进行冷冻干燥；将冷冻干燥处理过的薄木片在氮气保护下高温碳化，将碳化后的木片去离子水反复清洗后用钛丝链接得到椴木三维碳电极；

(3)配置LB液体培养基，然后将产电菌接种至LB液体培养基中进行活化培养；

(4)将步骤(3)中活化好的产电菌菌液离心重悬，得到菌泥，加至电池阳极液中；当电池阳极液达到一定OD₆₀₀值时，停止加入菌泥；所述电池阳极液包括M9液体培养基和LB液体培养基；

(5)组装微生物燃料电池，将步骤(2)制备的椴木三维碳电极装入阳极室中，完成微生物燃料电池的组装，外接一定阻值的电阻，运行微生物燃料电池并进行电压监测。