一種生物電滲析的新型陰極修飾方法技術

本發明專利技術屬于生物電滲析領域，旨在提供一種生物電滲析的新型陰極修飾方法。該方法所述的新型陰極修飾是通過在催化層中添加一定比例的二氧化錳，從空氣側至電解液側分別由擴散層、基體材料層、催化層三層輥壓制成，通過該方法修飾的新型陰極用于生物電化學系統，具有性能好、電流密度高、產堿量高等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于生物電滲析領域，具體涉及一種生物電滲析中催化層添加二氧化錳的新型陰極修飾方法。
技術介紹
生物電滲析主要是將傳統的電滲析技術和生物電化學系統進行耦合而形成的一種新型的系統。然而，輸出功率低、污染物去除率不高制約著生物電滲析技術的實際應用，通過改進反應器結構、優化運行條件、改善電極材料均可以提高生物電滲析的產電性能和污染物的去除率。其中，對陰極材料的改性是提高產電性能的主要途徑。但目前生物電滲析系統的制備成本極其昂貴，如傳統空氣陰極是利用貴金屬鉑作為催化層，聚四氟乙烯(PTFE)作為擴散層以及碳布作為基體材料制備而成，其陰極催化劑及材料可占生物電滲析系統總成本的47%。非貴金屬氧化物二氧化錳具有來源廣泛、制備簡易、價格低廉等優點，被認為是比較有應用潛力的陰極催化劑。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述存在問題，提供一種廉價、高效、新型的生物電滲析陰極修飾方法。本專利技術采用的技術方案如下:—種生物電滲析的新型陰極修飾方法，是由擴散層、基體材料層、催化層三層輥壓制成，其特征在于:擴散層為一定比例的聚四氟乙烯乳液與炭黑混合物，基體材料層為不銹鋼網，催化層為一定比例的活性炭與二氧化錳混合物。—種所述生物電滲析的新型陰極修飾方法，制備步驟如下:I)剪裁不銹鋼網，將不銹鋼網剪裁成4*8cm的長方形，用砂紙反復打磨至不銹鋼網表面光亮，然后將不銹鋼網完全浸入盛裝有純水的燒杯中，再用保鮮膜封住燒杯口。2)對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的炭黑到燒杯中，加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與炭黑的比例為7: 3，逐滴加入到混合液中，再超聲震蕩30min，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發，邊加熱邊攪拌至混合液形成面粉團狀為止，將擴散層炭黑粉團反復輥壓成多片厚度為0-0.45mm的薄片，從而得到擴散層。 3)對于面積為4 X Scm2的陰極，稱取一定比例的活性炭與二氧化錳到燒杯中，加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲震蕩30min。稱取質量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與活性炭的比例為1: 6，逐滴加入到混合液中，再超聲震蕩30min，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發，邊加熱邊攪拌至混合液形成面粉團狀為止，將催化層的厚度滾壓成0-0.45mm的薄片，從而得到催化層。4)將鋼網從浸泡的純水中拿出并吹干，反復滾壓擴散層，至酒精含量適當后將擴散層滾壓到鋼網上，滾壓至表面光亮，再將滾壓好的擴散層的鋼網用鋁箔包好，在370攝氏度的馬弗爐中燒制30min取出，待其恢復至室溫，最后將擴散層滾壓上去，滾壓至表面平整即可制得新型修飾陰極。本專利技術的優點是:(I)該新型陰極修飾工藝在催化層中添加了一定比例的二氧化錳，經二氧化錳修飾后電極的歐姆內阻和電荷轉移內阻明顯降低，陰極的電化學活性增強，催化效果更為明顯。(2)非貴金屬氧化物二氧化錳具有來源廣泛、制備簡易、價格低廉等優點，可適用于大規模的規范化生產?！靖綀D說明】附圖1是實施例1-5得到的新型修飾陰極的線性掃描伏安曲線圖。附圖2是實施例1-4得到的新型修飾陰極堿室pH對比示意圖?！揪唧w實施方式】，從空氣側至電解液側是由擴散層、基體材料層、催化層三層輥壓制成。實施例1:—種所述生物電滲析的新型陰極修飾的制備方法，步驟如下:I)剪裁不銹鋼網，將不銹鋼網剪裁成4*8cm的長方形；2)用砂紙反復打磨至不銹鋼網表面光亮；3)打磨完后，將不銹鋼網完全浸入純水中；4)用保鮮膜封住燒杯口 ；5)稱量炭黑約1200mg于10ml燒杯，加入少量無水乙醇將炭黑淹沒；6)在250ml的燒杯中裝入適量水，再將裝炭黑的燒杯置于250ml的燒杯中，大燒杯的液面高過小燒杯底部3cm左右；7)將7個250ml的燒杯置于超聲波清洗儀中震蕩30min ;8)用分析天平分別稱量PTFE 2800mg于小塑料試管中；9)震蕩30min后，用一次性滴管吸取2800mgPTFE于盛炭黑的燒杯中，并用無水乙醇清洗小塑料試管2-3次；10)再次將燒杯置于超聲波清洗儀中震蕩30min ;11)打開水浴鍋，調至80度；12)震蕩30min后，將小燒杯拿出，用無水乙醇將壁上的炭黑沖下去，然后去水浴鍋加熱，邊加熱邊攪拌，至炭黑呈面團狀；13)用保鮮膜包起來，并做好標記，寫好時間；14)稱量活性炭、二氧化錳總質量2g (按二氧化錳質量比10%稱量)于10ml燒杯，加入少量無水乙醇將其淹沒；15)在250ml的燒杯中裝入適量水，再將裝活性炭的燒杯置于250ml的燒杯中，大燒杯的液面高過小燒杯底部3cm左右；16)將7個250ml的燒杯置于超聲波清洗儀中震蕩30min ;17)用分析天平分別稱量PTFE 333.3mg于小塑料試管中；18)震蕩30min后，用一次性滴管吸取333.3mgPTFE于盛活性炭、二氧化錳混合物的燒杯中，并用無水乙醇清洗小塑料試管2-3次；19)再次將燒杯置于超聲波清洗儀中震蕩30min ;20)打開水浴鍋，調至80度；21)震蕩30min后，將小燒杯拿出，用無水乙醇將壁上的活性炭沖下去，然后去水浴鍋加熱，邊加熱邊攪拌，至活性炭呈面團狀；22)用保鮮膜包起來，并做好標記，寫好時間；23)將鋼網從浸泡的純水中拿出并吹干；24)反復滾壓擴散層，至酒精含量適當后將擴散層滾壓到鋼網上，滾壓至表面光殼;25)將滾壓好的擴散層的鋼網用鋁箔包好，在370攝氏度的馬弗爐中燒制30min ；26)取出，待其恢復至室溫，將擴散層滾壓上去，滾壓至表面平整即可制得新型修飾陰極。該新型修飾陰極應用時可根據生物電滲析系統結構尺寸剪裁即可。該實施例1制得的新型修飾陰極，可以保證制作的每一批電極的組分、厚度和內部結構均相同，也可根據需求改變其中的某一個參數進行而保證其它參數不變。實施例2:—種所述生物電滲析的新型陰極修飾的制備方法，該實施例制備步驟與實施例1基本相同，不同之處是在制備催化層步驟14)中，稱量活性炭、二氧化錳總質量2g(按二氧化猛質量比20%稱量)，即稱量二氧化猛0.4g。實施例3:一種所述生物電滲析的新型陰極修飾的制備方法，該實施例制備步驟與實施例1基本相同，不同之處是在制備催化層步驟14)中，稱量活性炭、二氧化錳總質量2g(按二氧化猛質量比30%稱量)，即稱量二氧化猛0.6g。實施例4:—種所述生物電滲析的新型陰極修飾的制備方法，該實施例制備步驟與實施例1基本相同，不同之處是在制備催化層步驟14)中，稱量活性炭、二氧化錳總質量2g(按二氧化猛質量比40%稱量)，即稱量二氧化猛0.8g。實施例5:—種所述生物電滲析的新型陰極修飾的制備方法，該實施例制備步驟與實施例1基本相同，不同之處是在制備催化層步驟14)中，稱量活性炭、二氧化錳總質量2g(按二氧化猛質量比50%稱量)，即稱量二氧化猛1.0g。采用LSV線性掃描伏安曲線方法測試例1-5新型修飾陰極電化學性能，掃描速率為lmV/s，靈敏度設為10 3O根據掃描結果驗證，相較于現有技術，利用本專利技術制備的新型修飾陰極效果顯著提升，當催化層中二氧化錳質量比為30%時，可達到最大電流密度為50-60mA/m2，表明陰極性能最好?！局鳈囗棥?本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生物電滲析的新型陰極修飾方法，是由擴散層、基體材料層、催化層三層輥壓制成，其特征在于：擴散層為一定比例的聚四氟乙烯乳液與炭黑混合物，基體材料層為不銹鋼網，催化層為一定比例的活性炭與二氧化錳混合物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉廣立，楊昆鵬，黃越，詹雨雨，駱海萍，張仁鐸，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44