CN104064783B - 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 PDF

Info

Publication number
CN104064783B
CN104064783B CN201410303426.4A CN201410303426A CN104064783B CN 104064783 B CN104064783 B CN 104064783B CN 201410303426 A CN201410303426 A CN 201410303426A CN 104064783 B CN104064783 B CN 104064783B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ethylene
vinyl alcohol
alcohol copolymer
oxide nano
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410303426.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104064783A (zh
Inventor
王栋
夏明�
陶义飞
刘琼珍
周舟
吴志红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan flying silk Technology Co. Ltd.
Original Assignee
Wuhan Textile University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Textile University filed Critical Wuhan Textile University
Priority to CN201410303426.4A priority Critical patent/CN104064783B/zh
Publication of CN104064783A publication Critical patent/CN104064783A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104064783B publication Critical patent/CN104064783B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

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

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
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。
CN201410303426.4A 2014-06-30 2014-06-30 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 Active CN104064783B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410303426.4A CN104064783B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410303426.4A CN104064783B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104064783A CN104064783A (zh) 2014-09-24
CN104064783B true CN104064783B (zh) 2016-08-31

Family

ID=51552391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410303426.4A Active CN104064783B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104064783B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105951189A (zh) * 2016-05-31 2016-09-21 苏州大学 一种纳米纤维溶液及其制备方法
CN106334538B (zh) * 2016-09-28 2018-08-10 武汉纺织大学 一种具有硬磁性纳米纤维气凝胶材料的制备方法
CN108049172A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 王敏 一种抗静电纺织材料的制备方法
CN114805914B (zh) * 2022-05-19 2023-05-12 武汉纺织大学 用于稠油分离的磁性纳米纤维气凝胶

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5703306B2 (ja) * 2009-11-23 2015-04-15 エルジー・ケム・リミテッド 多孔性コーティング層を備えるセパレータの製造方法、その方法によって形成されたセパレータ、及びそれを備える電気化学素子
CN103289400B (zh) * 2013-06-21 2015-11-18 山西大同大学 四氧化三铁/聚吡咯复合材料及其制备方法
CN103618056B (zh) * 2013-11-27 2015-08-12 武汉纺织大学 一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104064783A (zh) 2014-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Daniel et al. Chitosan-derived nitrogen-doped carbon electrocatalyst for a sustainable upgrade of oxygen reduction to hydrogen peroxide in UV-assisted electro-Fenton water treatment
Mashkour et al. Application of wet nanostructured bacterial cellulose as a novel hydrogel bioanode for microbial fuel cells
Zhang et al. Manganese dioxide-coated carbon nanotubes as an improved cathodic catalyst for oxygen reduction in a microbial fuel cell
CN104064783B (zh) 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
Tang et al. Cobalt and nitrogen codoped ultrathin porous carbon nanosheets as bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and evolution
An et al. Agar chemical hydrogel electrode binder for fuel-electrolyte-fed fuel cells
Liu et al. Preparation of Pd/MnO2-reduced graphene oxide nanocomposite for methanol electro-oxidation in alkaline media
Li et al. Spraying carbon powder derived from mango wood biomass as high-performance anode in bio-electrochemical system
Li et al. Self-supported bimodal-pore structured nitrogen-doped carbon fiber aerogel as electrocatalyst for oxygen reduction reaction
CN105118688B (zh) 一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法及其应用
Yun et al. Porous carbon nanotube electrodes supported by natural polymeric membranes for PEMFC
CN109216717A (zh) 催化剂及其制备方法、阴极以及电化学系统
Li et al. N, F and S doped carbon nanofibers generated from electrospun polymerized ionic liquids for metal-free bifunctional oxygen electrocatalysis
Li et al. An excellent alternative composite modifier for cathode catalysts prepared from bacterial cellulose doped with Cu and P and its utilization in microbial fuel cell
CN209039169U (zh) 生物电化学系统
CN105140042B (zh) 一种细菌纤维素/活性碳纤维/碳纳米管膜材料的制备方法及其应用
CN108217630A (zh) 一种复合还原氧化石墨烯的普鲁士蓝材料的制备方法及应用
CN104934237B (zh) 一种掺氮多孔炭/石墨烯二维复合电极材料的制备方法
CN110639576A (zh) 碳化细菌纤维素/氮化碳复合材料及其制备方法
CN109935840A (zh) 一种燃料电池用Pt基催化剂的制备方法
Choudhury et al. High performance polymer chemical hydrogel-based electrode binder materials for direct borohydride fuel cells
CN104310376A (zh) 一种生物质碳源材料水热碳化球体颗粒的后处理交联方法
CN105336964A (zh) 一种氮掺杂碳纳米管/氮化碳复合材料的制备方法及应用
Wang et al. A pyridine-Fe gel with an ultralow-loading Pt derivative as ORR catalyst in microbial fuel cells with long-term stability and high output voltage
Xie et al. An anode fabricated by Co electrodeposition on ZIF-8/CNTs/CF for peroxymonosulfate (PMS) activation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190417

Address after: Room 508, Huashi Science Park, Donghu High-tech Zone, Wuhan City, Hubei Province

Patentee after: Wuhan flying silk Technology Co. Ltd.

Address before: 430073 1 Sunshine Avenue, Jiangxia District, Wuhan, Hubei.

Patentee before: Wuhan Textile University