CN104064783A - 一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents
一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法。本发明采用将磁性四氧化三铁纳米粒子与乙烯-乙烯醇共聚物共混挤出,得到聚合物母粒,将其与乙酸丁酸纤维素共混挤出得到共混纤维,该共混纤维经丙酮萃取得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,并将其制备成悬浮液,均匀喷涂于无纺布的两面,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,将吡咯单体原位聚合到其膜层上,得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜,该膜对细菌具有特异性吸附、高比表面积、导电性能好、生物相容性好等优点,运用于微生物燃料电池阳极中可提高微生物燃料电池的输出功率密度。本发明工艺简单、成本低、效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,属于燃料电池技术领域。
背景技术
微生物燃料电池是一种利用微生物的无氧呼吸作用将有机物中的化学能转化为电能的装置,由于其可以利用一般燃料电池不能利用的无机或有机物甚至是生活污水,同时其操作简单、反应温和并且成本较低和安全性能好的优点,已成逐渐为当今世界发展的绿色新能源的首选。
一个典型的微生物燃料电池是由产电微生物、阳极室、阴极室、质子交换膜、阳极材料、阴极材料等组成,其反应原理是微生物在厌氧的阳极室中无氧呼吸作用将有机物分解成质子和电子,电子经阳极材料由外电路传递到阴极从而形成电流,以供用电器使用。质子经过质子交换膜到达阴极,质子与阴极中的溶氧反应生成水。阳极材料是微生物燃料电池的重要组成部分之一,阳极材料在微生物燃料电池中主要有两大作用:一是提供微生物附着产所,二是使将微生物无氧呼吸产生的电子传递给外电路;阳极材料是限制微生物燃料电池发展的关键因素之一。因此,开发一种高比表面积、高导电性、高生物相容性地新型的微生物燃料电池用阳极材料成为微生物燃料电池发展的新的方向。
目前国内微生物燃料电池阳极材料的研究主要集中在:不锈钢丝网、石墨、碳纸、碳泡沫以及对其进行改性。中国专利公开号CN 102820473 A, 公开日期为2012年12月12日,发明创造名称为:一种微生物燃料电池复合阳极的制备方法及应用,该发明公开了一种微生物燃料电池复合阳极的制备方法,将活性炭粉与铁(Ⅲ)氧化物混合均匀,加入无水乙醇并分散均匀,水浴加热使乙醇微沸,然后逐滴加入聚四氟乙烯水溶液破乳,将反应物辊压成膜,再覆盖上一层不锈钢网,辊压成型,根据需要切割成一定的形状,即可制得复合阳极,并用于微生物燃料电池。本发明的优点是:该复合阳极是以活性炭粉末为原料,铁(Ⅲ)氧化物作为辅助添加物,通过四氟乙烯粘结剂构造阳极来提高微生物燃料电池的产电性能,加速了胞外电子的传递效率,提高了阳极微生物动力学活性、微生物燃料电池的电化学性能和输出功率;该制备方法工艺简单,原料成本低,制得的阳极机械强度高,适合于微生物燃料电池的工程化应用。其不足之处在于:该微生物燃料电池复合阳极与微生物的相容性差、比表面积较小、比表面能低,单位面积上吸附的微生物数量少,所以导致微生物燃料电池输出功率密度低、电流密度低等缺点。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明的主要目的在于提供一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,所述制备方法按照以下步骤进行:
a磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将磁性四氧化三铁纳米粒子与乙烯-乙烯醇共聚物按照质量比为1-20:80-99均匀混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸、切粒得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与乙酸丁酸纤维素按质量比20:80均匀混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
按照质量比为60:40配制成醇和水的混合溶剂,将经a步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与醇和水的混合溶剂按照质量比为1:100进行混合,经乳化机的高速剪切,得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液。
c磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,晾干后得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于纯吡咯液体中置于摇床上10min,取出用滤纸吸干表面的纯吡咯液体,再将其置于100ml的 0.05-1mol/L九水硝酸铁和0.1-5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h,取出用去离子水洗涤,晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
所述的醇为乙醇或异丙醇或甲醇或正丁醇或丙三醇或丙二醇其中一种。
所述的无纺布为水刺无纺布或针刺无纺布或纺粘无纺布或熔喷无纺布或热合无纺布或缝编无纺布其中一种。
由于采用了上述技术方案,将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素熔融共混挤出,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素, 得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,利用粉碎机的剪切作用将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与溶剂分散成稳定的悬浮液,将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液均匀地喷涂到无纺布的两面,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,然后利用原位聚合的方法将吡咯单体原位聚合到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的表面上,即可得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜,由于磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜具有高的比表面积和高比面能,且磁性四氧化三铁纳米粒子带正电荷,而细菌表面通常带负电荷,从而形成了磁场这种特异性吸附提高了细菌与阳极接触效率,在无电子介体情况下增加了电子传递效率,聚吡咯具有高的导电性性能、良好的生物相容性,从而可以吸附更多的细菌、更加有效地将微生物无氧呼吸产生的电子通过外电路给传递阴极,将其运用于微生物燃料电池阳极中可提高微生物燃料电池的输出功率密度和能量密度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述:
一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,所述制备方法按照以下步骤进行:
a磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将磁性四氧化三铁纳米粒子与乙烯-乙烯醇共聚物按照质量比为1-20:80-99均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米,乙烯-乙烯醇共聚物可采用Sigma-Aldrich公司所生产,其中乙烯含量为44%。
将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与乙酸丁酸纤维素按质量比为20:80均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
按照质量比为60:40配制成醇和水的混合溶剂,将经a步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与醇和水的混合溶剂按照质量比为1:100进行混合,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1min,得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,室温下晾干后得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于纯吡咯液体中置于摇床上10min,取出磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的纯吡咯液体,再将其置于100 ml的 0.05-1mol/L九水硝酸铁和0.1-5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
所述的醇为乙醇或异丙醇或甲醇或正丁醇或丙三醇或丙二醇其中一种。
所述的无纺布为水刺无纺布或针刺无纺布或纺粘无纺布或熔喷无纺布或热合无纺布或缝编无纺布其中一种。
具体实施例
实施例1
a磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将4 g磁性四氧化三铁纳米粒子与396 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
将80 g磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320 g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1 min,得到分散均匀的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,室温下晾干后得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于纯吡咯液体中置于摇床上10 min,取出磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的纯吡咯液体,再将其置于100 ml的 0.05 mol/L九水硝酸铁和0.1mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
实施例2
a磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
取80 g磁性四氧化三铁纳米粒子与320 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
取80 g磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320 g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的异丙醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1min,得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于针刺无纺布的两个表面,室温下晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放在纯于吡咯液体中置于摇床上10 min,取出四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的纯吡咯液体,再将其置于100 ml的 1 mol/L九水硝酸铁和5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4 h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
实施例3
a四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
取20 g四氧化三铁纳米粒子与380 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
取80 g四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320 g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的甲醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的无机粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1 min,得到分散均匀的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于纺粘无纺布的两个表面,室温下晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于吡咯单体中置于摇床上10 min,取出四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的吡咯单体,再将其置于100 ml的0.1mol/L九水硝酸铁和0.5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4 h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
实施例4
a四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将40 g四氧化三铁纳米粒子与360 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
将80g四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320 g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到四氧化三铁纳米粒子//乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的正丁醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的无机粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1min,得到分散均匀的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于熔喷无纺布的两个表面,室温下晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用导电磁性纳米纤维膜的制备:
取一定面积大小的上述四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于吡咯单体中置于摇床上10 min,取出四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的吡咯单体,再将其置于100 ml的 0.2 mol/L九水硝酸铁和1mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
实施例5
a四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将32 g四氧化三铁纳米粒子与368 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
将80 g四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的丙三醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的无机粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1min,得到分散均匀的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,室温下晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备
取一定面积大小的上述四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于吡咯单体中置于摇床上10 min,取出四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的吡咯单体,再将其置于100 ml的0.6 mol/L九水硝酸铁和1.5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
实施例6
a四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将68 g四氧化三铁纳米粒子与332 g乙烯-乙烯醇共聚物均匀地混合后,经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当牵伸比进行牵伸、切粒得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米。
将80g四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与320g的乙酸丁酸纤维素均匀地混合后经双螺杆挤出机熔融挤出,按照适当的牵伸比牵伸、缠绕得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。
将得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维缠绕在不锈钢圈上置于索氏提取装置中,经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。
b四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备
取120 g的丙二醇和80 g去离子水配制成醇和水的混合溶剂,取2 g经a步骤得到的无机粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与200 g醇和水的混合溶剂进行混合后,在10000 r/min的乳化机内的高速剪切分散1 min,得到分散均匀的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液,将上述磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液用300目滤网进行过滤,去除未被粉碎的磁性纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维,待用。
c四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备
将经b步骤得到的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,室温下晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用。
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备:
取一定面积大小的上述四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于吡咯单体中置于摇床上10min,取出四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜用滤纸吸干表面的吡咯单体,再将其置于100ml的0.8mol/L九水硝酸铁和3.5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4h同时置于摇床上,取出后用丙酮洗涤、再用去离子水洗涤,常温下晾干即得到微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜。
微生物燃料电池阳极用导电磁性纳米纤维膜在微生物燃料电池中的应用
本发明采用的反应装置是立方形的双室微生物燃料电池装置中间采用Nafion117质子交换膜将阴阳两室隔开,产电微生物采用大肠杆菌,阳极液采用0.1 mol/L的磷酸缓冲溶液,有机底物为0.005 mol/L葡萄糖。阴极液采用相同浓度的上述磷酸缓冲溶液,阳极材料采用该方法制备的磁性导电纳米纤维膜、参比电极采用饱和甘汞电极、阴极材料采用铂片电极。测试前通入15 min N2使体系处于厌氧环境。微生物燃料电池的放电特性曲线是采用充放电仪来监测,微生物电池的电化学性能测试是用三电极体系的电化学工作站来测定。
Claims (3)
1.一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,其特征在于:所述制备方法按照以下步骤进行:
a磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备
将磁性四氧化三铁纳米粒子与乙烯-乙烯醇共聚物按照质量比为1-20:80-99均匀混合,经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸、切粒得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒,其中磁性四氧化三铁纳米粒子的粒径小于20纳米;
将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与乙酸丁酸纤维素按质量比20:80均匀混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸得到磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维;
将磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维经丙酮萃取,去除基体乙酸丁酸纤维素,得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维;
b磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备:
按照醇和水的质量比为60:40配制成混合溶剂,将经a步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与混合溶剂按照质量比为1:100进行混合,经乳化机的高速剪切,得到分散均匀的四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液;
c磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备:
将经b步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中,均匀地喷涂于无纺布的两个表面,晾干后得到四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜,待用;
d微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法:
将经c步骤得到的磁性四氧化三铁纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜放于纯吡咯液体中置于摇床上10 min,取出用滤纸吸干表面的纯吡咯液体,再将其置于100 ml的 0.05~1mol/L九水硝酸铁和0.1~5 mol/L水杨酸的混合溶液中反应4 h,取出用去离子水洗涤,晾干即得到微生物燃料电池阳极用导电磁性纳米纤维膜。
2.如权利要求1所述的一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,其特征在于:所述的醇为乙醇或异丙醇或甲醇或正丁醇或丙三醇或丙二醇其中一种。
3.如权利要求1所述的一种微生物燃料电池阳极用磁性导电纳米纤维膜的制备方法,其特征在于:所述的无纺布为水刺无纺布或针刺无纺布或纺粘无纺布或熔喷无纺布或热合无纺布或缝编无纺布其中一种。
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