[发明专利]一种可加速铬还原的阴极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可加速铬还原的阴极及其制备方法和应用。该可加速铬还原的阴极包括碳布和依次负载在碳布上的生物质碳和聚吡咯，所述生物质碳的厚度为0.01～0.03mm，所述聚吡咯的厚度为0.004～0.008mm。本发明提供的阴极利用生物质碳和聚吡咯复合得到复合催化剂，具有优秀的导电能力，较高的电荷迁移率和优秀的电化学稳定性，将其用于双室微生物燃料电池中，可大大改善产电功率，增强了还原效果，铬还原效率高，且输出功率高，运行高效稳定；并且本发明选用的原料来源广泛，价格低廉。

技术领域

本发明属于微生物电化学领域，具体涉及一种加速铬还原的阴极及其制备方法和应用。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial fuel cell)是近年来发展的新型科学，是一种利用产电微生物将有机物中的化学能转化为电能，且能够去除污染物的新型装置。微生物燃料电池不仅可以将水体中的有机污染物降解，还能将降解有机物过程中产生的电子经过阳极电极、外电路、最终由阴极电极接受电子，产生电能。作为一种能量转化装置，与传统燃料电池相比，微生物燃料电池不仅能够有机物，而且获得了生物能；并且该电池能够在阴极还原有毒重金属为低毒的重金属，显著降低重金属的毒性，具有操作环境简单、阳极液来源广泛、污染物去除效率高、可循环再利用等优点，是一种极具前景的电化学技术，不断获得广大学者的关注。

当前，微生物燃料电池除铬仍然有输出功率低，污染物去除不彻底等缺点。这主要是因为微生物对底物的氧化速率慢，氢氧化铬沉淀在阴极降低阴极导电能力，引起电池内阻增大等原因造成的。为了增强微生物燃料电池的输出功率，和铬还原效率，已经做了相关的研究，尤其是在阴极电极及催化剂方面的研究做了很多尝试。

阴极电极对微生物燃料电池性能的影响主要体现在：(1)结构和材质，影响电极自身的导电能力和电子的传递速率，并影响电池的的输出功率，进而降低电池的除铬效率；(2)阴极的电阻特性也是影响电池输出功率和除铬效率的重要因素，因此在选择阴极材料时，优秀的导电能力是必须要考虑的问题；然而直接使用碳材料包括石墨、碳布或碳纸等作为阴极，会使生成的氢氧化铬沉淀在电极上，抑制电极的导电能力，效果不佳。例如CN201410481785.9中就利用石墨纸、碳纸或碳毡作为阴极材料，处理六价铬时，生成的氢氧化铬将沉淀在电极上抑制电极的导电能力，总铬的去除效率较低(低至24％)。

为解决这个问题，可适当采用高活性的催化剂对阴极进行修饰，使电极表面有沉淀时，仍然能够有较高的导电能力，从而进一步加快反应速率。生物质碳和有机聚合物的复合材料由于具有优秀导电能力、加工简单、高的电荷迁移率和优秀的电化学稳定性，成为阴极催化剂的最佳选择，在能量的储存和转化和污染物的降解等研究领域广受欢迎。

发明内容

本发明的目的在于克服现有微生物燃料电池除铬存在输出功率低，污染物去除不彻底等缺点或不足，提供一种加速铬还原的阴极。本发明提供的阴极利用生物质碳和聚吡咯复合得到复合催化剂，具有优秀的导电能力，较高的电荷迁移率和优秀的电化学稳定性，将其用于双室微生物燃料电池中，可大大改善产电功率，增强了还原效果，铬还原效率高，且输出功率高，运行高效稳定；并且本发明选用的原料来源广泛，价格低廉。

本发明的另一目的在于提供上述加速铬还原的阴极的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述加速铬还原的阴极在制备加速铬还原阴极微生物燃料电池反应器中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种微生物燃料电池反应器。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种加速铬还原的阴极，包括碳布和依次负载在碳布上的生物质碳和聚吡咯，所述生物质碳的厚度为0.01～0.03mm，所述聚吡咯的厚度为0.004～0.008mm。