表示以试验四制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的COD去除率曲线；通过图6可以看出，在MFCs反应器稳定运行的24个周期(大约70天左右)内，以试验二制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的COD去除率高于以Pt/C为阴极的MFCs反应器的COD去除率，以试验四制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的COD去除率高于以Pt/C为阴极的MFCs反应器的COD去除率，归因于含Ag催化剂材料良好的催化性能和抑菌性能，使得阴极表面不易附着阳极产电菌，进而提高MFCs反应器的功率输出。
[0083]图7是库伦效率曲线，图中■表示以Pt/C为阴极的MFCs反应器的库伦效率曲线，图中〇表示以试验二制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的库伦效率曲线，图中Λ表示以试验四制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的库伦效率曲线，通过图7可以看出，在MFCs反应器稳定运行的24个周期(大约70天左右)内，以试验二制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的库伦效率高于以Pt/C为阴极的MFCs反应器的库伦效率，以试验四制备的MFCs阴极为阴极的MFCs反应器的库伦效率与以Pt/C为阴极的MFCs反应器的库伦效率相差不大，说明含Ag催化剂材料具有良好的阳极电子回收利用效率。
[0084]图8是功率密度曲线，图中■表示以Pt/C为阴极的电池的功率密度曲线，图中〇表示以试验二制备的MFCs阴极为阴极的电池的功率密度曲线，图中Λ表示以试验四制备的MFCs阴极为阴极的电池的功率密度曲线；通过图8可以看出，以试验二制备的MFCs阴极为阴极的电池的功率密度与以试验四制备的MFCs阴极为阴极的电池的功率密度差别不大，都要高于以Pt/C为阴极的电池的功率密度。说明本发明制备的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料(Ag/Fe304/GC和Ag/GC)优异的性能一方面归因于材料本身良好的催化性能，另一方面是由于本发明制备的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料对阴极表面生物膜的形成具有很好的抑制作用，而Pt/C没有这个性能。
[0085]图9是极化曲线，图中■表示以Pt/C为阴极的电池的极化曲线，图中〇表示以试验二制备的MFCs阴极为阴极的电池的极化曲线，图中Λ表示以试验四制备的MFCs阴极为阴极的电池的极化曲线；通过图9可以看出，随着电流密度增大，以Pt/C为阴极的电池、以试验二制备的MFCs阴极为阴极的电池和以试验四制备的MFCs阴极为阴极的电池的电压都成下降趋势，其中以Pt/C为阴极的电池的电压下降趋势最大。图9的电压数据与图8的功率密度是相对应的，两者共同说明本发明制备的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料在MFCs中实际运行的性能较好，具有被广泛推广使用的价值。
【主权项】
1.一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料由铁源、碳源和银源制备而成，所述的铁源与碳源质量比为(4?8): 10 ;所述的银源与铁源质量比为(I?5): 10 ;所述的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料为Ag/Fe304/GC，Ag/Fe304/GC中所述的GC为石墨化碳，纳米Ag和纳米Fe3O4粒子均勾分布在石墨化碳体相中，为嵌入式结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或其中两种混合物；所述的银源为硝酸银；所述的碳源是按以下步骤制备的:对废弃生物质的表面清理干净，得到碳源，其中所述的废弃生物质为柚子皮、玉米秸杆、花生壳、木肩或树皮。
3.如权利要求1所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料的制备方法，其特征在于具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料的制备方法是按以下步骤完成的:一、制备首次配位反应产物:首先对废弃生物质的表面清理干净，得到碳源，将铁源溶于水中，得到铁源溶液，然后将碳源完全浸渍在铁源溶液中，室温下放置12h?24h，得到首次配位反应产物；二、制备配位反应产物:将银源溶于水中，得到银源溶液，再将银源溶液加入首次配位反应产物中，再于室温放置12h?24h，得到配位反应产物，将配位反应产物；三、干燥:在温度为40?80°C下对配位反应产物进行干燥，干燥12h?24h，得到黑棕色前驱体；四、碳化:在氮气或氩气条件下以5°C /min的升温速率升温至500?1000°C对黑棕色前驱体进行高温碳化还原，并在温度为500?1000°C下恒温Ih?6h，得到黑色块状产物，对黑色块状产物依次进行研磨和去离子水洗涤，最后在温度为40?80°C下干燥至恒重，即得到具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料；所述的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料为Ag/Fe304/GC，Ag/Fe304/GC中所述的GC为石墨化碳，纳米Ag和纳米Fe3O4粒子均勾分布在石墨化碳体相中，为嵌入式结构；步骤一中所述的铁源与碳源质量比为(4?8): 10 ;步骤二中所述首次配位反应产物中的铁源与银源的质量比为10: (I ?5) O
4.根据权利要求4所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于步骤一中所述的废弃生物质为柚子皮、玉米秸杆、花生壳、木肩或树皮；步骤一中所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或其中两种混合物。
5.根据权利要求4所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于步骤二中所述的银源为硝酸银。
6.一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料由铁源、碳源和银源制备而成，所述的铁源与碳源质量比为(4?8): 10 ;所述的银源与铁源质量比为(I?5): 10 ;所述的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料为Ag/GC，Ag/GC中所述的GC为石墨化碳，纳米Ag均勾分布在石墨化碳体相中，为嵌入式结构。
7.根据权利要求6所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或其中两种混合物；所述的银源为硝酸银；所述的碳源是按以下步骤制备的:对废弃生物质的表面清理干净，得到碳源，其中所述的废弃生物质为柚子皮、玉米秸杆、花生壳、木肩或树皮。
8.如权利要求6所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料的制备方法，其特征在于具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料的制备方法是按以下步骤完成的:一、制备首次配位反应产物:首先对废弃生物质的表面清理干净，得到碳源，将铁源溶于水中，得到铁源溶液，然后将碳源完全浸渍在铁源溶液中，室温下放置12h?24h，得到首次配位反应产物；二、制备配位反应产物:将银源溶于水中，得到银源溶液，再将银源溶液加入首次配位反应产物中，再于室温放置12h?24h，得到配位反应产物，将配位反应产物；三、干燥:在温度为40?80°C下对配位反应产物进行干燥，干燥12h?24h，得到黑棕色前驱体；四、碳化:在氮气或氩气条件下以5°C /min的升温速率升温至500?1000°C对黑棕色前驱体进行高温碳化还原，并在温度为500?1000°C下恒温Ih?6h，得到黑色块状产物；五、酸洗:对黑色块状产物依次进行研磨，然后浸入浓度为lmol/L?5mol/L的硫酸洗涤Ih?5h，取出后再采用去离子水洗涤2?5次，最后在温度为40?80°C下干燥至恒重，即得到具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料；所述的具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料为Ag/GC，Ag/GC中所述的GC为石墨化碳，纳米Ag均匀分布在石墨化碳体相中，为嵌入式结构；步骤一中所述的铁源与碳源质量比为(4?8):10 ;步骤二中所述首次配位反应产物中的铁源与银源的质量比为10: (I?5)。
9.根据权利要求8所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于步骤一中所述的废弃生物质为柚子皮、玉米秸杆、花生壳、木肩或树皮；步骤一中所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的一种或其中两种混合物。
10.根据权利要求8所述的一种具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料，其特征在于步骤二中所述的银源为硝酸银。
【专利摘要】具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料及制备方法，它涉及一种微生物燃料电池阴极催化剂材料及制备方法。本发明目的是要解决现有微生物燃料电池阴极催化剂易于在其表面形成生物膜的问题。具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料为Ag/Fe3O4/GC或Ag/GC，由铁源、碳源和银源制备而成。方法：一、制备首次配位反应产物；二、制备配位反应产物；三、干燥；四、碳化得到黑色块状产物，对黑色块状产物依次进行研磨、去离子水洗涤和干燥，得到Ag/Fe3O4/GC；或者对黑色块状产物依次进行研磨、酸洗、去离子水洗涤和干燥，得到Ag/GC。本发明用于制备具有抑菌功能的微生物燃料电池阴极催化剂材料。
【IPC分类】B01J23-89, H01M4-90, H01M4-88
【公开号】CN104617312
【申请号】CN201510046796
【发明人】邹金龙, 代莹, 马明, 镡英子, 李 瑞
【申请人】黑龙江大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月29日