一种污泥碳板电极的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明一种污泥碳板电极的制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]随着我国城镇污水处理率的提高，大量剩余污泥的处理与处置已经成为亟待解决的环境新课题，城市污泥资源化处理应从环境卫生安全、资源回收、资源投入产出比和收益影响比4个方面评估污泥资源化方案的可持续性和实用性。城市污泥作为我国一大固体废物，其产生量大，为待利用的生物质资源。长期以来，由于未得到妥善处理，造成了严重的二次污染及资源浪费并排放大量碳，使我国面临污染防治和碳减排的双重压力。如将其制备生物炭材料，可实现废物污染防治及资源化利用等多重功效。而微生物燃料电池(MFC，microbial fuel cell)是利用微生物将基质中的化学能直接转化为电能的理想产电装置，具有资源化与废弃物处置双重功效，在能源短缺的今天具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003]为了解决上述存在的问题，本发明从废弃资源综合利用的角度出发，开发了以污泥和废弃生物质为原料制备电极材料，并用于微生物燃料电池技术，此技术为污泥资源化提供了一种有效途径。
[0004]本发明的目的在于提供一种污泥碳板电极的制备方法及其应用。
[0005]本发明所采取的技术方案是:
一种污泥碳板电极的制备方法，包括以下步骤:
1)将木屑粉碎，过筛；
2)将污泥烘干，粉碎过筛，得到污泥干粉；
3)将木屑与污泥干粉按(0~30):100的重量比混匀，加入重量为木屑与污泥干粉总重量20%~65%的水，混匀，碾压成形；
4)将上步碾压成形的混合物取出烘干，厌氧条件下炭化，得电极材料，即污泥碳板电极。
[0006]进一步的，上述步骤I)中所述木屑过筛为过20?60目筛。
[0007]进一步的，上述步骤2)中所述污泥过筛为过60?120目筛。
[0008]进一步的，上述步骤2)中所述的烘干为在50?80 °C下烘干至水分含量至5%以下。
[0009]进一步的，上述步骤4)中所述的烘干为在50?80 °C下烘干至水分含量至5%以下。
[0010]进一步的，上述步骤4)中所述炭化为高温梯度厌氧炭化，具体为分别在3000C -400°C,4500C -500°C,600°C -700°C,800°C ~900°C这 4 个温度梯度中依次厌氧炭化30 ?120mino
[0011 ] 一种微生物燃料电池，该微生物燃料电池中阳极电极材料为上述所述方法制备的污泥碳板电极材料。
[0012]本发明的有益效果是:
本发明制备的电极材料以污水厂的废弃污泥和废弃的生物质木屑为原料，成本低廉且方法简单快捷，为污泥资源化技术提供了新出路。
[0013]本发明制备的污泥碳板电极能应用于微生物燃料电池中，与传统石墨电极相比较，电池最大功率密度能提高2倍左右。
[0014]本发明采用污泥和木屑混合的方法，使不同比例的木屑与污泥混合，在模具中压制成形，然后将其进行厌氧高温梯度炭化，最终将其转化为的电极。本发明制备的污泥碳板电极，利用“污泥”加“废弃生物质”的模式，结合微生物燃料电池的应用，为污泥资源化技术和生物产能提供了新的应用模式。
【附图说明】
[0015]图1是实施例1制备污泥碳板电极过程的流程图；
图2是常规石墨板电极和本发明污泥碳板电极的扫描电镜(SEM)图；A为石墨板，B为污泥碳板；
图3不同阳极材料下微生物燃料电池功率密度随电流密度的变化。
【具体实施方式】
[0016]一种污泥碳板电极的制备方法，包括以下步骤:
1)将木屑粉碎，过筛；
2)将污泥烘干，粉碎过筛，得到污泥干粉；
3)将木屑与污泥干粉按(0~30):100的重量比混匀，加入重量为木屑与污泥干粉总重量20%~65%的水，混匀，碾压成形；
5)将上步碾压成形的混合物取出烘干，厌氧条件下炭化，得电极材料，即污泥碳板电极。
[0017]优选的，上述步骤I)中所述木屑过筛为过20?60目筛。
[0018]优选的，上述步骤2)中所述污泥过筛为过60?120目筛。
[0019]优选的，上述步骤2)中所述的烘干为在50?80 °C下烘干至水分含量至5%以下。
[0020]优选的，上述步骤3)中所述木屑与污泥干粉按10:100的重量比混匀。
[0021]优选的，上述步骤3)中所述水的重量为木屑与污泥干粉总重量的40%。
[0022]优选的，上述步骤4)中所述的烘干为在50?80 °C下烘干至水分含量至5%以下。
[0023]进一步的，上述步骤4)中所述炭化为高温梯度厌氧炭化，具体为分别在3000C -400°C,4500C -500°C,600°C -700°C,800°C ~900°C这 4 个温度梯度中依次厌氧炭化30?120min。4个温度梯度的更优选的炭化时间为80min。
[0024]一种微生物燃料电池，该微生物燃料电池中阳极电极材料为上述所述方法制备的污泥碳板电极材料。
[0025]下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
[0026]实施例1
一种污泥碳板电极的制备方法，包括以下步骤:
1)将木屑粉碎，用40目筛子筛选得到符合大小要求的木屑屑；
2)取污水厂废弃的污泥在50?801:下烘干并且打磨成粉末，用100目筛子筛选得到污泥干粉；
3)将木屑与污泥干粉分别按O:100、5 =10UO =100,20:100的比例混合均匀，混合倒入模具中，加入重量为二者总重量50%的水分，混匀，碾压成形；
4)取出上述碾压成形的混合物，在50?80°C下烘干至水分含量5%以下，再放入火化炉中，进行高温梯度厌氧炭化，具体为分别在400 0C，500 0C，700 °C，900 °C这4个温度梯度中依次厌氧炭化30min，得电极材料，即污泥碳板电极，再将其裁剪成所需的规格2.0cmX2.0 cmX0.5 cm (长X宽X厚，以污泥碳化后的状态测量)。
[0027]本实施例制备过程中，制作流程见图1，实验前污泥木屑混合物颜色为土色，炭化后污泥碳颜色变成黑色。
[0028]本实施例制备的污泥碳板电极(其原料中木屑和污泥干粉重量比为10:100)的SEM图如图2B所示，而现有常规石墨板的SEM图如图2A所示。
[0029]实施例2
一种污泥碳板电极的制备方法，包括以下步骤:
1)将木屑粉碎，用20目筛子筛选得到符合大小要求的木屑屑；
2)取污水厂废弃的污泥在50?801:下烘干并且打磨成粉末，用80目筛子筛选得到污泥干粉；
3)将木屑与污泥干粉分别按2:100,4:100,6:100、8:100的比例混合均匀，混合倒入模具中，加入重量为二者总重量65%的水分，混匀，碾压成形；
4)取出上述碾压成形的混合物，在50?80°C下烘干至水分含量5%以下，再放入火化炉中，进行高温梯度厌氧炭化，具体为分别在400°C，500°C, 700°C，850°C这4个温度梯度