[发明专利]一种生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法

权利要求书

1.一种生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，其特征在于，首先利用活性污泥、生物膜或纯菌菌株中的微生物在培养基中生物矿化合成纳米颗粒，然后将微生物与纳米颗粒的混合物离心后收集并处理，将处理后的混合物热解获得纳米颗粒和生物炭的混合物，最后将纳米颗粒和生物炭的混合物修饰于电极表面，并进行煅烧，以充分发挥纳米材料与生物炭的优势，获得电催化性能及吸附性能大大增强的新型电极。

2.根据权利要求1所述的生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，具体包括如下具体步骤：

取活性污泥或生物膜或纯菌菌株置于富集培养液中培养，并生物矿化合成纳米颗粒；

将步骤1）中获得的微生物与纳米颗粒以4000rpm/ min离心10分钟，并收集底部沉淀物；

将步骤2）获得的沉淀物用50mM PBS溶液洗涤三次，后将其冷冻干燥24小时；

将步骤3）中获得的混合物用管式炉在600°C下热解2小时，获得纳米颗粒与生物炭的复合材料；

将步骤4）获得的复合材料置于粘结剂溶液中超声30min，使其分散；

将粒子电极置于步骤5）所得含有复合材料的混合溶液中，恒温振荡3h，使纳米颗粒与生物炭均匀修饰于粒子电极表面，获得表面修饰的粒子电极；

将步骤5）中所得含有复合材料的混合溶液均匀涂抹于电极板表面，然后置于室温干燥24h，获得表面修饰的电极板；

将步骤6）、步骤7）中获得的电极用管式炉中热解、煅烧2小时，获得纳米颗粒与生物炭复合材料修饰的新型电极。

3.根据权利要求2所述的生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，其特征在于：所述步骤1）中活性污泥活性污泥、生物膜或纯菌菌株与培养液体积比为1:30~1:5。

4.根据权利要求2所述的生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，其特征在于：所述步骤1）中培养液组成成分为NH₄Cl（0.16g/L~0.34 g/L）, KCl（0.13g/L），NaH₂PO₄（2.69g/L~2.77 g/L）或KH₂PO₄ (0.11g/L)，Na₂HPO₄（4.33g/L~11.4 g/L）或K₂HPO₄（0.17 g/L），乙酸钠（1g/L~1.7 g/L），矿物质溶液（比例为10~12.5 mL/L），维生素溶液（比例为10~12.5 mL/L），纳米颗粒前驱物。

5.根据权利要求2所述的生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，其特征在于：所述步骤1）培养液中纳米颗粒前驱物为1~10mM Na₂PdCl₄、Fe₂(SO₄)₃（Na₂S₂O₃、FeC₆H₅O₇）、HAuCl₄、AgNO₃、CdSO₄（CdCl₂、Na₂S或Cys）任意一种或组合，生物矿化合成与之对应的Pd、FeS、Au、Ag、CdS纳米颗粒任意一种或组合。

6.根据权利要求2所述的生物矿化纳米颗粒复合生物炭修饰电极及制备方法，其特征在于：所述步骤3）中PBS缓冲液每升由11.40 g Na₂HPO₄·12H₂O、2.77 g NaH₂PO₄·2H₂O、0.31 g NH₄Cl、0.13 g KCl、12.5 mL维生素溶液和12.5 mL微量矿物质组成。