[发明专利]一种用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极及其制备方法，属于微生物燃料电池领域。本发明要解决现有沉积式微生物燃料电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活性炭层和电气石/二氧化锰通过聚四氟乙烯(PTFE)粘合制成的。所得电气石/二氧化锰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，利于阴极的扩大化生产。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池领域；具体涉及一种用于沉积式微生物燃料电池(SMFC)的电气石/二氧化锰复合阴极及其制备方法。

背景技术

近些年来，关于沉积式微生物燃料电池(SMFC)的研究也逐渐变多。研究发现，通过电极的介入，很多不同环境下的微生物可依附其建立起独立的电化学系统，这种便捷的特点是微生物电化学体系得以较快进步的原因之一。对于SMFC，研究方向已不仅仅局限于产电功率高低，其对有机污染物治理方面也同样获得关注。SMFC其在环保领域具有一定的前景，主要有以下几个原因：(1)在微生物降解去除有机污染物时，电极在其中充当一个安全绿色且可持续使用的电子受体或供体，且其方便安装，还可回收利用；(2)治理过程中可随时监控水质指标，并可根据情况随时调整改变电化学参数等，具有良好的可控性；3)由于其工作特点，可以抑制水域中甲烷等温室气体的排放，具有重要意义。由于这些优势较其他方法显著，沉积式微生物燃料电池得以获得大家广泛的关注与长足的发展。

沉积式微生物燃料电池技术从诞生以来不断发展，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，使得目前沉积式微生物燃料电池的造价已经大幅度降低，但对于产电效率和处理有机物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

本发明要解决现有沉积式微生物燃料电池中阴极的造价较高，制作工艺复杂，采用廉价材料产电效率不高的技术问题，而提供一种用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极及其制备方法。

首先，本发明提供一种用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极，所述复合阴极是由活性炭层和电气石/二氧化锰通过聚四氟乙烯(PTFE)粘合制成的。

另外，本发明还提供上述用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极的制备方法，具体步骤是：

1)首先制作辊压活性炭空气阴极基板；

2)去二氧化锰和电气石，混合，加入去离子水和聚四氟乙烯悬浊液，超声分散，得到阴极材料；

3)将步骤2)得到的阴极材料均匀涂布在步骤1)所得的活性炭空气阴极基板表面上，烘干，即得到用于沉积式微生物燃料电池的电气石/二氧化锰复合阴极。

步骤1)所述辊压活性炭空气阴极基板，依次用丙酮、去离子水、乙醇超声清洗，每种溶剂均清洗2～3次。

步骤2)所述二氧化锰与电气石的质量比为(0.2～0.4):(0.1～0.2)。

步骤2)所述二氧化锰与加入的去离子水的质量/体积比为(0.1-0.2)g:(4-6)mL。

步骤2)所述聚四氟乙烯悬浊液的质量浓度为60％～80％wt。

步骤2)所述二氧化锰与加入的聚四氟乙烯悬浊液的质量/体积比为(0.1-0.2)g:(0.2-0.4)mL。

步骤2)所述超声分散，超声频率在20～90KHz，分散处理8～10min。