[发明专利]一种中碱不对称微生物电解池及其在产氢中的应用

权利要求书

1.一种中碱不对称微生物电解池，其特征在于，包括阳极电极材料，阴极电极材料，质子交换膜，阳极室电解液和阴极室电解液；

其中，所述阳极电极材料包括碳刷及附着生长的微生物，所述阴极电极材料包括阴极催化剂，负载的碳布和连接的钛丝；

所述阳极室电解液和所述阴极室电解液由所述质子交换膜隔开；

所述阳极室电解液是中性溶液，所述阴极室电解液是碱性溶液。

2.根据权利要求1所述的一种中碱不对称微生物电解池，其特征在于，阳极电解液为Buffer,stack,track element与去离子水按一定比例混合的溶液。

3.根据权利要求1所述的一种中碱不对称微生物电解池，其特征在于，所述阴极电解液为0.1M PBS,0.1M KOH,0.5M KOH,1.0M KOH溶液。

4.一种采用权利要求1-3任意一项所述的中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)阳极微生物的驯化：

所述微生物电解池的阳极是通过微生物燃料电池培养的，微生物燃料电池加入接种液后，阳极以乙酸钠为电子供体，阴极以铁氰化钾为电子受体，按从高到低的顺序依次接入外加电阻驯化培养微生物至稳定；

b)所述微生物电解池阴极的制备：

将所述阴极催化剂分散到由5wt％的Nafion、无水乙醇和去离子水组成的混合溶液中，均匀涂抹到碳布上，自然风干待用，催化剂的负载量约为5mg cm^-2；

c)微生物电解池的启动：

微生物在微生物燃料电池中驯化至稳定后，将微生物燃料电池的阴极换成自制的Ru_x/CNTs-CC阴极，在外电路施加电压，阴极电解液按一定浓度梯度的KOH溶液启动微生物电解池，用数据采集器采集外加电阻两端的电压同时用排水法收集阴极产生的氢气。

5.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，所述步骤a)中接入的外加电阻按顺序分别为1000Ω,820Ω,510Ω,330Ω,200Ω,100Ω,51Ω,24Ω,10Ω,7.5Ω，阴阳极均使用碳刷。

6.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，所述步骤c)中自制的Ru_x/CNTs-CC阴极包括CNTs-CC,Ru_0.006/CNTs-CC,Ru_0.06/CNTs-CC,Ru_0.12/CNTs-CC,Ru_0.24/CNTs-CC。

7.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，所述步骤b)中碳布面积为2cm²,适宜的CC面积便于把CC放置到用排水法收集氢气的刻度管中。

8.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，所述步骤c)中所施加的电压为0.8V，电阻为7.5Ω，培养温度为20℃～35℃。

9.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，微生物电解池启动前，要往微生物燃料电池阴极中通15min氮气，以保证析氢反应的无氧环境，抑制甲烷的生成。

10.根据权利要求4所述的一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，其特征在于，控制微生物电解池制氢一个循环的时间为40～130h内，所用催化剂的作用下氢气产率最高能达到0.167±0.089m³m^-2d^-1。