[发明专利]一种应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极及其制备方法

摘要

本发明公开一种应用于微生物燃料电池的PANI/β‑MnO2纳米复合材料改性石墨毡电极及其制备方法。首先利用水热反应制备的β‑MnO2纳米棒，通过聚合反应在其表面生成聚苯胺，得到纳米棒状的复合材料。将PANI/β‑MnO2分散在PVDF中，在常温下超声处理后，涂覆在石墨毡表面，烘干后的到PANI/β‑MnO2纳米复合材料改性石墨毡电极。采用该方法进行制备石墨毡电极，一方面提高了电极的比表面积，增加了电极表面的催化活性位点；另一方面由于聚苯胺导电作用，有利于阴极电子的传递，降低MFC的欧姆阻抗。利用该方法制备的石墨毡电极在微生物燃料电池中显示出较好的产电性能、较强的动力学活性。

主权项

1.一种应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极，其特征在于，该改性石墨毡电极为表面均匀负载有PANI/β‑MnO₂纳米复合材料的石墨毡载体电极。

2.根据权利要求1所述的应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极，其特征在于，所述PANI/β‑MnO₂纳米复合材料的负载量为2.2‑6mg cm^‑2。

3.根据权利要求1所述的应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极，其特征在于，所述的PANI/β‑MnO₂纳米复合材料通过如下方式负载在石墨毡载体上具体如步骤下：

(1)水热反应法制备β‑MnO₂纳米棒；

(2)以硫酸‑苯胺作为原材料，步骤(1)制得的β‑MnO₂纳米棒为氧化剂和模板，在冰浴条件下搅拌反应，得到PANI/β‑MnO₂纳米复合材料；

(3)将石墨毡依次放入乙醇和水中超声15‑20min，重复5次，去除表面杂质；

(4)取硫酸和硝酸混酸溶液，将步骤(3)得到的石墨毡浸没于其中，在温度为80℃下反应8h；

(5)取PVDF溶于NMP中，再取步骤(2)制得的PANI/β‑MnO₂纳米复合材料加入其中，室温下搅拌0.5h；将步骤(3)制得的石墨毡浸没其中，即得到PANI/β‑MnO₂纳米复合材料改性石墨毡电极。

4.根据权利要求3所述的应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极，其特征在于，步骤(2)中，在冰浴0‑5℃条件下反应2h。

5.根据权利要求3所述的应用于微生物燃料电池改性石墨毡电极，其特征在于，步骤(5)中，所述的粘合剂PVDF与PANI/β‑MnO₂质量比为5:95。

6.根据权利要求3所述的应用于微生物燃料电池的改性石墨毡电极，其特征在于，步骤(5)中，石墨毡浸没过程中，通过超声分散0.5h，取出后在80℃下干燥24h，使得PANI/β‑MnO₂纳米复合材料在电极上分散均匀。

7.根据权利要求3所述的应用于微生物燃料电池的改性石墨毡电极，其特征在于，步骤(4)中，硫酸‑硝酸混酸溶液体积比为3:1。

8.一种如权利要求3‑7所述的应用于微生物燃料电池的改性石墨毡电极制备方法。