一种材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极材料的应用与流程

本发明涉及一种聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极材料的应用。

背景技术：

微生物燃料电池(microbialfuelcell,mfc)是利用微生物作为反应主体，将有机物质的化学能直接转化为电能的一种装置，在废水资源利用方面具有广阔的前景。阴极材料作为电化学反应以及电子传输的重要场所，是能源存储转化器件的重要组成部分，对电化学能源的性能起着至关重要的作用。因此阴极材料对提升微生物燃料电池的性能有着举足轻重的意义。

以金属离子作为mfc的阴极电子受体，利用mfc产生的电流代替电解法处理含金属废水技术中的传统电源，实现金属离子的电还原。以聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料为催化剂的阴极微生物燃料电池能有较高的功率输出，廉价易得，能降低阴极反应活化电压，因此具有优良的电学性能。

技术实现要素：

本发明涉及一种材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极材料的应用，微生物燃料电池阳极微生物分解有机物，为阴极提供电子和质子，阴极材料采用聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料吸附六价铬离子，增快还原电子的速率。燃料电池结构简单，回收效率较高。

本发明的技术方案如下：一种聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料的合成方法，其特征在于方法步骤如下：

（1）石墨烯/聚吡咯的合成：将石墨烯，吡咯溶于去离子水中，超声1h，逐滴加入六水氯化铁，搅拌使其充分反应5h；分别用乙醇和去离子水清洗，60℃干燥得到石墨烯/聚吡咯；

（2）聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯的合成：分析纯的苯胺在180℃蒸馏纯化后，将苯胺溶解在盐酸溶液中，另将十二烷基苯磺酸钠，石墨烯/聚吡咯，过硫酸铵溶于盐酸溶液中，然后将苯胺酸性溶液滴加入过硫酸铵溶液中，在室温下反应12h；反应完成后过滤反应液，将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，在50℃干燥箱内干燥得聚苯胺/石墨烯/聚吡咯粉末；将其加于硼氢化钠的乙醇溶液，室温下反应12h，反应完成后过滤反应液，将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，最后在50℃真空干燥箱内干燥得聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯。

一种聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料的合成方法制作出的聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯在微生物燃料电池阴极方面的应用：所述合成的聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料与粘结剂混合涂布到2*1cm碳布上，并组装到微生物燃料电池阴极室。微生物燃料电池采用双室结构，两室之间采用质子交换膜隔开，将配置的酸性重铬酸钾和阳极微生物生长液分别装入对应的阴、阳极室中进行培养。

进一步的，所述的石墨烯浓度分别为3.3g/l。

进一步的，所述的吡咯浓度为5.33ul/ml。

进一步的，所述的六水氯化铁浓度为0.05g/ml。

进一步的，所述的述的苯胺的盐酸浓度为0.3g/ml。

进一步的，所述的的盐酸浓度为1mol/l。

进一步的，所述的石墨烯-吡咯，十二烷基苯磺酸钠，过硫酸铵的质量比为1：6：30。

进一步的，所述的酸性重铬酸钾ph为2。

进一步的，所述的酸性重铬酸钾浓度为1g/l。

本发明的优点是：利用聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯，吸附六价铬离子，并在燃料电池中进行还原反应，处理重金属离子，同时可以产生较高电压。

附图说明

图1是聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料的sem图。

图2是聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料用于微生物燃料电池电流-时间图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明，但需要说明的是实施例并不构成对本发明要求保护范围的限定。

实施案例

石墨烯/聚吡咯的合成：将0.5g石墨烯，800ul吡咯溶于150ml去离子水中，超声1h，逐滴加入100ml的5g六水氯化铁溶液，搅拌使其充分反应5h。分别用乙醇和去离子水清洗，60℃干燥得到石墨烯/聚吡咯。

聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯的合成：分析纯的苯胺在180℃蒸馏纯化后，将3g苯胺溶解在盐酸溶液中，另将90mg的石墨烯/聚吡咯，0.66g十二烷基苯磺酸钠，3g过硫酸铵溶于盐酸溶液中，然后将苯胺酸性溶液滴加入过硫酸铵溶液中，在室温下反应12h。反应完成后过滤反应液，将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，在50℃干燥箱内干燥得聚苯胺/石墨烯/聚吡咯粉末。将其加于50ml的0.35mol/l硼氢化钠乙醇溶液，室温下反应12h，反应完成后过滤反应液，将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，最后在50℃真空干燥箱内干燥得聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯。形貌如附图1所示。

聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯材料与粘结剂混合涂布到2*1cm碳布上，并组装到微生物燃料电池阴极室。微生物燃料电池采用双室结构，两室之间采用质子交换膜隔开，将配置的1g/l的酸性重铬酸钾和阳极微生物生长液分别装入对应的阴、阳极室中进行培养。微生物培养电流-时间曲线的测试结果如图2所示。六价铬的去除率为95.42%。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极材料的应用，其合成方法为将石墨烯，吡咯溶于去离子水中，超声逐滴加入六水氯化铁，分别用乙醇和去离子水清洗，干燥得到石墨烯/聚吡咯。将苯胺溶解在盐酸溶液中，另将石墨烯/聚吡咯，十二烷基苯磺酸钠，过硫酸铵溶于盐酸溶液中，然后将苯胺酸性溶液滴加入过硫酸铵溶液中，过滤反应液将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，干燥得聚苯胺/石墨烯/聚吡咯粉末。将其加于硼氢化钠的乙醇溶液中过滤反应液，将截留物分别用乙醇和去离子水清洗，干燥得聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯粉末。本发明的优点是：利用聚苯胺/还原石墨烯/聚吡咯，吸附六价铬离子，并在燃料电池中进行还原反应，处理重金属离子，同时可以产生较高电压。

技术研发人员：刘琪凯;张国桢;次素琴;薛小童;付倩;卢恋月;吴江
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2018.05.21
技术公布日：2018.11.20