得到柚皮泡沫碳;将上述制得的柚皮泡沫碳放入气流粉碎机中粉碎后过200目标准筛，再将过筛后的泡沫碳粉末注入直径为lcm，高为5cm的圆柱形模具中，移入高温烧结炉于500°C下烧结2h后拆模，得到圆柱状泡沫碳电极，备用；称取400g电气石，用超细粉磨机进行研磨并过900目标准筛，将得到的电气石粉末按固液比为I: 50倒入浓度为0.5mol/L盐酸溶液中，搅拌浸泡20min后，用去离子水抽滤洗涤3遍;将10g洗涤后的超细电气石粉末和5g聚乙烯醇缩丁醛倒入2L丙酮中，放入超声分散机中以200W功率超声分散处理lOmin，再放置在磁力搅拌机上，继续搅拌20h，得到混合电气石粉末悬浮液;将上述得到的电气石粉末悬浮液倒入5L烧杯中作为电解液，以铂片为正极，备用的圆柱状泡沫碳电极为负极，采用电泳沉积法在正负极间施加50V/cm的电场，电泳沉积Ih;沉积结束后，取出沉积电气石后的泡沫碳电极，放入真空干燥器干燥8h后，移入管式电阻炉，在氩气氛围下以1000 0C的高温烧结Ih后出炉，自然冷却至室温后即得改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料。
[0012]本发明的物理性质:本发明制得的改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料电导率高达35.70.cm—S电阻率为0.027 Ω.cm，电流密度为7.27mA.cm—2，最大功率密度可达1.20mW.cm—2，运行700h后阳极上生物量依然可达6.1 X 10—3g/cm2，具有极佳的生物负载能力。
[0013]实例2
取2个柚子剥皮，用刀削去柚子皮表面黄色蜡质层，得到白色海绵状结构的皮瓤，用去离子水浸泡4h后装入纱布袋，悬空挂住纱布袋使皮瓤中的水分自然滴落，当纱布袋中再无水滴滴落时取出柚子皮瓤，放入烘箱在108°C下干燥2h;将上述干燥后的柚子皮放入高温炭化炉中，向炉中通入氮气置换出其中所有空气，并在氮气保护下先以8°C/min速率程序升温至100°C预炭化35min，再以5°C/min速率升温至850°C，保温炭化Ih后待其自然冷却至室温，得到柚皮泡沫碳;将上述制得的柚皮泡沫碳放入气流粉碎机中粉碎后过200目标准筛，再将过筛后的泡沫碳粉末注入直径为lcm，高为5cm的圆柱形模具中，移入高温烧结炉于550°C下烧结2h后拆模，得到圆柱状泡沫碳电极，备用；称取450g电气石，用超细粉磨机进行研磨并过950目标准筛，将得到的电气石粉末按固液比为I: 50倒入浓度为0.5mol/L盐酸溶液中，搅拌浸泡25min后，用去离子水抽滤洗涤4遍;将I 1g洗涤后的超细电气石粉末和7g聚乙烯醇缩丁醛倒入2L丙酮中，放入超声分散机中以250W功率超声分散处理15min，再放置在磁力搅拌机上，继续搅拌22h，得到混合电气石粉末悬浮液;将上述得到的电气石粉末悬浮液倒入5L烧杯中作为电解液，以铂片为正极，备用的圆柱状泡沫碳电极为负极，采用电泳沉积法在正负极间施加60V/cm的电场，电泳沉积Ih;沉积结束后，取出沉积电气石后的泡沫碳电极，放入真空干燥器干燥9h后，移入管式电阻炉，在氩气氛围下以1100 °C的高温烧结Ih后出炉，自然冷却至室温后即得改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料。
[0014]本发明的物理性质:本发明制得的改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料电导率高达35.70.cm—S电阻率为0.028 Ω.cm，电流密度为7.28mA.cm—2，最大功率密度可达1.21mW.cm—2，运行750h后阳极上生物量依然可达6.2 X lO^g/cm2，具有极佳的生物负载能力。
[0015]实例3
取3个柚子剥皮，用刀削去柚子皮表面黄色蜡质层，得到白色海绵状结构的皮瓤，用去离子水浸泡5h后装入纱布袋，悬空挂住纱布袋使皮瓤中的水分自然滴落，当纱布袋中再无水滴滴落时取出柚子皮瓤，放入烘箱在110°C下干燥3h;将上述干燥后的柚子皮放入高温炭化炉中，向炉中通入氮气置换出其中所有空气，并在氮气保护下先以8°C/min速率程序升温至100°C预炭化40min，再以5°C/min速率升温至900°C，保温炭化2h后待其自然冷却至室温，得到柚皮泡沫碳;将上述制得的柚皮泡沫碳放入气流粉碎机中粉碎后过200目标准筛，再将过筛后的泡沫碳粉末注入直径为2cm，高为6cm的圆柱形模具中，移入高温烧结炉于600°C下烧结3h后拆模，得到圆柱状泡沫碳电极，备用；称取500g电气石，用超细粉磨机进行研磨并过1000目标准筛，将得到的电气石粉末按固液比为1:50倒入浓度为0.5mol/L盐酸溶液中，搅拌浸泡30min后，用去离子水抽滤洗涤5遍;将120g洗涤后的超细电气石粉末和8g聚乙烯醇缩丁醛倒入3L丙酮中，放入超声分散机中以300W功率超声分散处理20min，再放置在磁力搅拌机上，继续搅拌24h，得到混合电气石粉末悬浮液;将上述得到的电气石粉末悬浮液倒入5L烧杯中作为电解液，以铂片为正极，备用的圆柱状泡沫碳电极为负极，采用电泳沉积法在正负极间施加70V/cm的电场，电泳沉积2h;沉积结束后，取出沉积电气石后的泡沫碳电极，放入真空干燥器干燥1h后，移入管式电阻炉，在氩气氛围下以1200°C的高温烧结2h后出炉，自然冷却至室温后即得改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料。
[0016]本发明的物理性质:本发明制得的改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料电导率高达35.71.cm—S电阻率为0.029 Ω.cm，电流密度为7.29mA.cm—2，最大功率密度可达I.22mW.cm—2，运行800h后阳极上生物量依然可达6.3 X lO^g/cm2，具有极佳的生物负载能力。
【主权项】
1.一种改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)取2?3个柚子剥皮，用刀削去柚子皮表面黄色蜡质层，得到白色海绵状结构的皮瓤，用去离子水浸泡3?5h后装入纱布袋，悬空挂住纱布袋使皮瓤中的水分自然滴落，当纱布袋中再无水滴滴落时取出柚子皮瓤，放入烘箱在105?110 °C下干燥2?3h; (2)将上述干燥后的柚子皮放入高温炭化炉中，向炉中通入氮气置换出其中所有空气，并在氮气保护下先以8°C/min速率程序升温至100°C预炭化30?40min，再以5°C/min速率升温至800?90(TC，保温炭化I?2h后待其自然冷却至室温，得到柚皮泡沫碳； (3)将上述制得的柚皮泡沫碳放入气流粉碎机中粉碎后过200目标准筛，再将过筛后的泡沫碳粉末注入直径为I?2cm，高为5?6cm的圆柱形模具中，移入高温烧结炉于500?600°C下烧结2?3h后拆模，得到圆柱状泡沫碳电极，备用； (4)称取400?500g电气石，用超细粉磨机进行研磨并过900?1000目标准筛，将得到的电气石粉末按固液比为1:50倒入浓度为0.5mol/L盐酸溶液中，搅拌浸泡20?30min后，用去离子水抽滤洗涤3?5遍； (5)将100?120g洗涤后的超细电气石粉末和5?Sg聚乙烯醇缩丁醛倒入2?3L丙酮中，放入超声分散机中以200?300W功率超声分散处理10?20min，再放置在磁力搅拌机上，继续搅拌20?24h，得到混合电气石粉末悬浮液； (6)将上述得到的电气石粉末悬浮液倒入5L烧杯中作为电解液，以铂片为正极，备用的圆柱状泡沫碳电极为负极，采用电泳沉积法在正负极间施加5 O?7 O V / c m的电场，电泳沉积I?2h; (7)沉积结束后，取出沉积电气石后的泡沫碳电极，放入真空干燥器干燥8?1h后，移入管式电阻炉，在氩气氛围下以1000?1200°C的高温烧结I?2h出炉，自然冷却至室温后即得改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料。
【专利摘要】本发明涉及一种改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料的制备方法，属于生物电池制备领域。该方法以柚子皮瓤为原料进行炭化，并用电泳沉积法将电气石沉积在泡沫碳表面，最终烧结后即得改性柚子皮泡沫碳微生物燃料电池阳极材料。本发明以具有海绵状结构的柚子皮瓤为原料直接炭化成网状泡沫碳，其巨大的孔隙网状结构和褶皱表面可以提供给微生物更大的附着位置，同时具有良好的亲水性，其中沉积在泡沫碳表面的电气石具有永久带电和永久保持正负极的特性，这些特性使得电气石能够调节水溶液的pH值、氧化还原电位等，进而提高微生物的活性，促进微生物的生长，解决了传统碳基阳极电极材料不利于产电微生物附着从而影响其性能的缺陷。
【IPC分类】H01M8/16, H01M4/86, H01M4/88
【公开号】CN105702969
【申请号】CN201610173102
【发明人】仇颖莹, 林大伟
【申请人】仇颖莹
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年3月24日