[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

说明书

本发明公开了一种中碱不对称微生物电解池及其在产氢中的应用。整个电解池装置包括装有中性溶液的阳极室和装有碱性溶液的阴极室以及用于间隔阴阳两极的质子交换膜。所述微生物电解池的阳极室内包括设置在电解池底端的阳极液进水口和设置在顶端的阳极液出水口，室内填充的阳极液为微生物提供营养物质，同时碳刷作为微生物附着生长的载体。所述微生物电解池的阴极室是由0.1M KOH和阴极电极材料组成，附着在碳布上的析氢催化材料作为阴极的电极材料。另外，阴极和阳极通过钛丝连接到外电路。本申请提供的电解池节能环保而且操作简单，可以在微生物的催化作用下以远小于电解水产氢的理论值1.23V的电压在阴极产生氢气。

技术领域

本发明涉及微生物电解池技术领域，具体涉及一种中碱不对称微生物电解池及其在产氢中的应用。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，伴随而来的能源危机和环境问题迫使人们将研究方向转向新能源领域。氢能因具有能量密度高，储量丰富且清洁无污染等优点，被公认为最有应用前景的化石燃料替代能源。电解水制氢是目前最有应用前景也是最成熟的制氢技术，但是传统电解水制氢的成本过高且目前还离不开对化石能源的依赖。因此，近年来研究者们都致力于探寻一种低成本无污染且高效的制氢技术。利用光催化和电催化电解水制氢是最常用的技术手段，但都各自存在其限制因素，如光催化产氢有可见光源利用率低和黑暗条件无催化性能等缺点；电催化也存在成本和能耗过高等缺点。总之，迫切需要发展一项清洁高效且低成本的制氢技术。

微生物电解池(MECs)产氢是一种通过微生物辅助电催化的新型制氢技术。该装置在微生物活性菌的辅助和电催化剂的作用下，额外施加0.25～1.0V的电压即可以实现电解水产氢。自2005年微生物电解池(MECs)首次被提出以来，其阴极电解液大多都是用中性或者近中性的磷酸盐缓冲溶液，所以对析氢催化剂的适用环境有所限制。扩大阴极催化材料的适用范围，实现不同pH条件下析氢可以使微生物电解池在制氢方面有更广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种中碱不对称微生物电解池及其在产氢中的应用，本发明提供的微生物电解池不仅能利用活性菌降解阳极的有机污染物，还能在产电微生物的辅助下通过电催化驱动产氢，是一种节能环保的新型制氢技术。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种中碱不对称微生物电解池，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。

优选的，阳极电解液为Buffer,stack,trackelement与去离子水按一定比例混合的溶液。

优选的，所述阴极电解液为0.1M PBS,0.1M KOH,0.5M KOH,1.0M KOH溶液。

本发明还公开了一种中碱不对称微生物电解池产氢的方法，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：