一种生物质材料巴旦木基多孔碳材料的制备方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用与流程

本发明涉及材料的制备技术领域，具体涉及一种生物质材料巴旦木基多孔碳材料的制备方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用。

背景技术：

随着全球工业的迅速发展，大量的煤炭，石油等不可再生资源不断被消耗，造成资源的短缺，因此探索可再生环境友好型新能源迫在眉睫。微生物燃料电池(microbialfuelcells，mfcs)是一个能够实现能量转换并具有产能的装置，可将复杂有机生物质中蕴含的化学能直接转化为电能，因此引起全世界的广泛关注。

碳材料是世界范围内的研究热点，有很多种形式，包括石墨烯，碳纳米管，碳纤维，量多孔碳等。多孔碳作为一种特殊的碳质材料，具有发达的空隙、高比表面积、低密度、高热导线、化学性质温度、机械性质温度、导电性好等优点，可以应用在很多行业，例如、医药、化工、核电、真空制造业、溶液中有机物和无基金属离子以及有毒气体的吸附、催化剂载体以及微生物燃料电池的电极材料。

生物质碳材料是以秸秆、玉米芯、稻壳、木屑等可再生废弃物为原料，在缺氧的条件下制备的一种碳材料，以及被广泛应用在催化、生物培养和环境保护等行业。生物质被认为是一种优良的碳材料前驱体，目前已经有利用生物质制备碳材料的报道。利用可再生的生物质作为碳源来代替日益枯竭的化石燃料，是未来全国乃至全球发展的方向，由于生物质价格低廉、来源广泛，所以采用生物质作为多孔碳材料的原料未来多孔碳材料领域的重要组成部分。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：提供一种生物质材料巴旦木基多孔碳材料的制备方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用，本发明直接利用巴旦木壳为生物质来源，通过一步活化碳化的方法，制备多孔碳材料，并将制备的多孔碳用作微生物燃料电池的电极材料，实现巴旦木壳生物质材料的高值化应用，使得mfc产生出较高的电能。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种生物质材料巴旦木壳基多孔碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)、将巴旦木壳洗涤、干燥并破碎；

2)、将破碎后的巴旦木壳在活化剂的水溶液中活化处理，然后取出并干燥；

3)、将干燥过的产物在惰性气体范围下高温碳化，将碳化后的产物用酸洗涤，再用去离子水洗涤直至中性，将洗涤后的产物干燥，得到巴旦木壳基多孔碳材料。

优选的，所述步骤2)中的活化剂为2mol/l的zncl2溶液。

优选的，所述步骤2)中的活化处理的温度为180℃，活化处理时间为10h。

优选的，所述步骤3)中的高温碳化的条件是碳化温度为600℃、800℃、1000℃中的任意一种温度，高温碳化的时间为3小时。

优选的，所述步骤3)中的惰性气体为n2或ar。

优选的，所述步骤3)中的酸为浓度为0.1mol/l的盐酸。

一种生物质材料巴旦木基多孔碳材料在微生物燃料电池阳极方面的应用，其特征在于：包括以下步骤，

a、将通过权利要求1至6所述的任一所述的制备方法制作得到的巴旦木壳基多孔碳材料与相应的溶剂粘合剂混合制作成浆液涂在长2cm，宽1cm的碳布上，制作成微生物燃料电池阳极，与普通碳布电极一起组装于同一阳极室内；

b、使用碳刷作为微生物燃料电池阴极，阴阳两极室经过质子交换膜相链接搭建成为h型微生物燃料电池装置，温度在30℃左右，配置好相应的微生物生长液注射入阳极室中，以及阴极液注入阴极室内；

c、链接电压数据采集器，机器每五分钟采集一次外电阻电压值，根据外电阻电压值的变化，定期更换阴极液与阳极液；

d、通过一段时间的培养，在降低外电路电阻值的条件下，筛选出抗电流通过的微生物菌群，微生物则稳定生长成微生物膜负载于阳极上，最后制作得到微生物燃料电池。

优选的，所述步骤b中的阴极液和阳极液的ph值为中性。

与现有技术相比，本发明的优点是：利用食品废弃物巴旦木壳，通过预处理、高温碳化等简单步骤合成出生物质碳材料，实现了废物利用；同时将其应用于微生物燃料电池阳极，因其具有良好的生物相容性及较大的比表面积，既有利于阳极产电微生物的附着又降低了阳极活化过电势，使得微生物燃料电池的产电功率密度明显提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明800℃下巴旦木壳基多孔碳材料的sem图。

图2是本发明巴旦木壳基多孔碳材料应用于微生物燃料电池的循环效率图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

一种生物质材料巴旦木壳基多孔碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)、将巴旦木壳洗涤、干燥并破碎；

2)、将破碎后的巴旦木壳在活化剂的水溶液中活化处理，然后取出并干燥；

3)、将干燥过的产物在惰性气体范围下高温碳化，将碳化后的产物用酸洗涤，再用去离子水洗涤直至中性，将洗涤后的产物干燥，得到巴旦木壳基多孔碳材料。

步骤2)中的活化剂为2mol/l的zncl2溶液。

步骤2)中的活化处理的温度为180℃，活化处理时间为10h。

步骤3)中的高温碳化的条件是碳化温度为600℃、800℃、1000℃中的任意一种温度，高温碳化的时间为3小时。

步骤3)中的惰性气体为n2或ar。

步骤3)中的酸为浓度为0.1mol/l的盐酸。

一种生物质材料巴旦木基多孔碳材料在微生物燃料电池阳极方面的应用，其特征在于：包括以下步骤，

a、将通过权利要求1至6的任一的制备方法制作得到的巴旦木壳基多孔碳材料与相应的溶剂粘合剂混合制作成浆液涂在长2cm，宽1cm的碳布上，制作成微生物燃料电池阳极，与普通碳布电极一起组装于同一阳极室内；

b、使用碳刷作为微生物燃料电池阴极，阴阳两极室经过质子交换膜相链接搭建成为h型微生物燃料电池装置，温度在30℃左右，配置好相应的微生物生长液注射入阳极室中，以及阴极液注入阴极室内；

c、链接电压数据采集器，机器每五分钟采集一次外电阻电压值，根据外电阻电压值的变化，定期更换阴极液与阳极液；

d、通过一段时间的培养，在降低外电路电阻值的条件下，筛选出抗电流通过的微生物菌群，微生物则稳定生长成微生物膜负载于阳极上，最后制作得到微生物燃料电池。

步骤b中的阴极液和阳极液的ph值为中性。

实施例1

巴旦木基多孔碳材料的制备：将巴旦木壳浸泡在去离子水中超声洗涤，60℃条件下干燥20h并球磨；将球磨好的材料放入2mol/l的zncl2溶液中，混合液容量不超过反应釜内衬容量的70％进行180℃水热反应10个小时，反应结束后抽滤并在80℃条件下干燥24h；将干燥后的产物在惰性气体氛围下煅烧，从常温以5℃/min升温到600℃、800℃、1000℃，并分别在其温度下保持3h，自然冷却至室温，取出后为黑色多孔状固体，研磨代用。

巴旦木基多孔碳材料杂质的去除：将(1)中最终生成的产物依次用0.1mol/l的稀盐酸以及去离子水冲洗，过滤并在80℃真空条件下干燥12h，最终得到巴旦木基多孔碳材料的。

巴旦木基多孔碳材料在微生物燃料电池阳极方面的应用：将碳材料与相应的溶剂以及粘合剂混合制做成浆液均匀涂抹于长款为2*1cm的碳布上制作成电极，与普通碳布组装于同一微生物燃料电池阳极室内。普通碳刷为阴极，阴阳两极室与质子交换膜组装成h型微生物燃料电池装置，外电路链接电阻。在室温30℃左右条件下，将配置好的阴极液与阳极液分别注射对应的阴、阳极室。通过电压数据采集器每五分钟采集一次外电阻的电压值，根据外电阻电压值的变化，定期更换阴极液与阳极液，直至微生物稳定生长方可进行相关性能的测试。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。