一种生物电渗析新型阴极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物电渗析新型阴极的制备方法，属于生物电化学领域，特别涉及一种利用添加造孔剂制备生物电渗析新型阴极的方法。
【背景技术】
[0002]随着能源技术的深入发展，生物电化学系统的应用也日益广泛。生物电渗析作为生物电化学系统中的一种，其技术得到越来越快多的关注和发展。然而，现有的生物电渗析系统的输出功率通常较低，往往需要较大的导电电流和电压才能获取所需的效果，能耗较大。现在迫切需要一种能耗低、成本少的方法来解决这一难题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种制备生物电渗析新型阴极的方法，该方法以在空气阴极添加造孔剂为主要方式。
[0004]提供一种生物电渗析新型阴极，包括空气阴极和造孔剂，所述空气阴极主要基材为不锈钢网，所述基材两面分别辊压扩散层和催化层，其中扩散层与空气接触，催化层与电解液接触，所述的造孔剂加入到扩散层中一同辊压。
[0005]所述扩散层为:对于面积为4X8cm2的阴极，称取一定量的炭黑到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与炭黑的比例为7: 3，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将扩散层炭黑粉团反复辊压成多片厚度为0-0.45mm的薄片，从而得到扩散层。
[0006]所述添加造孔剂方式为:取一定量的造孔剂在105°C的条件下烘干2h，冷却后研磨过140目的筛，得到粉末状造孔剂，按照造孔剂与扩散层中炭黑的一定质量比来称量该粉末状造孔剂，再按照扩散层制作流程来完成添加造孔剂的扩散层制作。
[0007]所述催化层为:对于面积为4X8cm2的阴极，称取一定量的活性碳到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与活性炭的比例为1: 6，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将催化层的厚度滚压成0-0.45mm的薄片，从而得到催化层。
[0008]对于造孔剂的处理，将滚压好的阴极放到去离子水中煮沸，更换去离子水若干次，直至滴加BaCl2溶液无明显沉淀为止，再在蒸馏水中煮沸片刻，用蒸馏水将阴极表面残留的硫酸钡沉淀以及阴极表面的活性剂清洗干净，时间约一个小时。
[0009]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:(I)采用辊压法制备的新型阴极，制作方式简便可操作；(2)本发明制备方法制得的阴极使得生物电渗析系统的输出功率明显提升，可实现能耗显著下降。
【附图说明】
[0010]附图1是本发明所述的新型阴极的结构示意图；
[0011]附图2是本发明不同造孔剂含量的阴极处理自配含乙酸钠废水的电池输出功率曲线和极化曲线。
具体实施方案
[0012]如图1所示，应用于生物电渗析系统的新型阴极是由空气阴极和造孔剂三层辊压式制成，所述三层由扩散层、基体材料层、催化层构成，所述空气阴极主要基体材料为不锈钢网，所述基体材料两面分别辊压扩散层和催化层，其中扩散层与空气接触，催化层与电解液接触，所述的造孔剂加入到扩散层中一同辊压。
[0013]所述扩散层为:对于面积为4X8cm2的阴极，称取一定量的炭黑到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与炭黑的比例为7: 3，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将扩散层炭黑粉团反复辊压成多片厚度为0-0.45mm的薄片，从而得到扩散层。
[0014]所述添加造孔剂方式为:取一定量的造孔剂在105°C的条件下烘干2小时，冷却后研磨过140目的筛，得到粉末状造孔剂，按照造孔剂与扩散层中炭黑的一定质量比来称量该粉末状造孔剂，再按照扩散层制作流程来完成添加造孔剂的扩散层制作。
[0015]所述催化层为:对于面积为4X8cm2的阴极，称取一定量的活性碳到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与活性炭的比例为1: 6，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将催化层的厚度滚压成0-0.45mm的薄片，从而得到催化层。
[0016]根据实验结果验证，相较于现有技术，利用本发明制备的新型阴极使得生物电渗析系统的输出功率明显提升，尤其是当扩散层中造孔剂与炭黑的质量比为50%时，达到最高功率密度为1290-1512mW/m2。
【主权项】
1.一种生物电渗析新型阴极的制备方法，其特征在于所述方法为:生物电渗析系统的新型阴极是由空气阴极和造孔剂三层辊压式制成，所述三层由扩散层、基体材料层、催化层构成，所述空气阴极主要基体材料为不锈钢网，所述基体材料两面分别辊压扩散层和催化层，其中扩散层与空气接触，催化层与电解液接触，所述的造孔剂加入到扩散层中一同辊压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述扩散层为:对于面积为4X 8cm 2的阴极，称取一定量的炭黑到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与炭黑的比例为7: 3，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将扩散层炭黑粉团反复辊压成多片厚度为0-0.45mm的薄片，从而得到扩散层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述添加造孔剂方式为:取一定量的造孔剂在105°C的条件下烘干2小时，冷却后研磨过140目的筛，得到粉末状造孔剂，按照造孔剂与扩散层中炭黑的一定质量比来称量该粉末状造孔剂，再按照扩散层制作流程来完成添加造孔剂的扩散层制作。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化层为:对于面积为4X8cm2的阴极，称取一定量的活性碳到烧杯中加入约30mL无水乙醇，轻轻摇晃使混合粉末完全浸没在无水乙醇中，超声处理30分钟。称取质量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液与活性炭的比例为1: 6，逐滴加入到混合液中，再超声处理30分钟，将混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸发，期间不断搅拌混合液直到混合液形成面粉团状为止，将催化层的厚度滚压成0-0.45mm的薄片，从而得到催化层。
【专利摘要】本发明属于生物电化学技术领域，旨在提供一种生物电渗析新型阴极的制备方法。该方法所述的生物电渗析系统的新型阴极是由空气阴极和造孔剂三层辊压式制成，所述三层由扩散层、基体材料层、催化层构成，所述空气阴极主要基体材料为不锈钢网，所述基体材料两面分别辊压扩散层和催化层，其中扩散层与空气接触，催化层与电解液接触，所述的造孔剂加入到扩散层中一同辊压。在此过程中，具有制备成本低、能耗小、操作简便的特点，兼顾了经济效益与环保效益。
【IPC分类】C25B11-03, C25B11-04
【公开号】CN104611718
【申请号】CN201410857004
【发明人】刘广立, 程兴, 黎嘉仪, 骆海萍, 张仁铎
【申请人】中山大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日