CN106602091B - 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用 - Google Patents

一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106602091B
CN106602091B CN201710104635.XA CN201710104635A CN106602091B CN 106602091 B CN106602091 B CN 106602091B CN 201710104635 A CN201710104635 A CN 201710104635A CN 106602091 B CN106602091 B CN 106602091B
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
carbon
algae
residue
algae residue
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
CN201710104635.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106602091A (zh
Inventor
孙永明
陈晓洁
杨改秀
曹新月
孔晓英
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.)
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Original Assignee
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
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 Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS filed Critical Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority to CN201710104635.XA priority Critical patent/CN106602091B/zh
Publication of CN106602091A publication Critical patent/CN106602091A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106602091B publication Critical patent/CN106602091B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9075Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

本发明公开了一种提油后藻渣炭基催化剂,由如下制备方法制得:将藻类进行提油后取藻渣,藻渣炭化后制得提油后藻渣炭基催化剂。本发明的制备方法简单,无需使用大型设备处理即可得到催化性能好的催化剂,成本低;本发明综合利用提供了经济、环保、有效的工业技术,可以有效地解决藻类废渣造成的环境问题,变废为宝,为藻类资源的充分和高值化利用,为发展藻类循环经济提供重要的技术支持。

Description

一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用
技术领域:
本发明属于催化剂技术领域,具体涉及一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用。
背景技术:
微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)是一种可通过微生物代谢将生物质能转化为化学能,并进一步转化为电能的装置。由于决定微生物燃料电池MFC性能的核心部分氧化还原反应通常较慢,因此需要采用催化剂提高反应速率。早在20世纪60年代初,Pt就已经被用作燃料电池阴极催化剂来提高电池性能,但由于其价格昂贵且资源有限,限制了Pt催化剂在应用方面的发展,且如果采用空气型MFC处理污水,污水中的污染物可能会降低Pt的催化活性,甚至可能会导致催化剂中毒,因此,寻求替代催化剂成为了科学家们研究的重要方向。
生物质炭是指由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质。它含有大量的碳和植物营养物质、具有丰富的空隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团,是一种多功能材料,因此,近年来国内外关于生物质炭的制备和炭化以及将其作为氧化还原反应催化剂的研究工作越来越活跃。
目前,许多生物质都被用做原料以制备催化剂材料,这些研究均显示了生物质催化剂材料在氧化还原反应中高的催化潜力。但截至目前,对于生物质炭直接用作MFC阴极催化剂的研究仍是不多。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用,该提油后藻渣炭基催化剂可以促进微生物燃料电池阴极氧还原反应,制备温度低且原料成本低廉,工艺简单。
本发明的第一个目的是提供一种提油后藻渣炭基催化剂,由如下制备方法制得:将藻类进行提油后取藻渣,藻渣炭化后制得提油后藻渣炭基催化剂。
本发明的制备方法简单,无需使用大型设备处理即可得到催化性能好的催化剂,成本低。本发明综合利用提供了经济、环保、有效的工业技术,可以有效地解决藻类废渣造成的环境问题,变废为宝,为藻类资源的充分和高值化利用,为发展藻类循环经济提供重要的技术支持。
优选地,提油后藻渣炭基催化剂由如下制备方法制得:
(1)将藻类进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中,取出后干燥;
(3)将干燥后的藻渣加热炭化,炭化后的藻渣降至常温,制得提油后藻渣炭基催化剂。
藻类可以利用环境中的污水实现污水净化,环境效果,而藻类中富含的N、P等元素对氧还原反应具有促进作用,本发明以藻类提油后的藻渣为原料,设计了一种简单的活性炭催化剂制备方法,实现了应用于微生物燃料电池阴极,并促进氧还原反应效率的目标。
优选地,所述的藻类为马尾藻属。马尾藻属是广泛分布于暖水和温水海域的大型藻类,价格低廉且碳、氮含量较高,选取该藻类作为催化剂原料,为微生物燃料电池提供了一种简单可行的生物炭催化剂制备方法,突破了传统高价金属催化剂的缺陷。
优选地,所述的藻渣的炭化温度为400℃~800℃,炭化时间为2~4h。以10℃/min升温至400℃~800℃,保温2~4h,进行炭化。
进一步的,所述的藻渣的炭化温度为600℃~800℃,炭化时间为3h。
本发明的第二个目的是提供一种提油后藻渣炭基催化剂在微生物燃料电池中的应用。
优选地,所述的提油后藻渣炭基催化剂作为微生物燃料电池的阴极催化剂。藻渣炭基催化剂可作为氧还原催化剂,用于微生物燃料电池阴极氧还原催化剂。提油后藻渣作为催化剂使用时,可制成粉末状,增大催化剂比表面积;也可将提油后藻渣进行改性,增加催化剂表面氮含量。
本发明的有益效果是:
1、传统微生物燃料电池所采用催化剂一般为金属类或者过渡金属类,其原料有限且成本昂贵;本发明以提油后藻渣作为制备催化剂的原料,不仅成本低廉,且藻类中的碳、氮含量较高,易制备出催化性能较高的催化剂;
2、本发明中选用提油后藻渣作为制备催化剂原料,实现了能源材料再利用;
3、本发明提油后藻渣炭基催化剂作为生物燃料电池氧还原催化剂,具有经济性、高效性、绿色环保且易于制备的优点。
附图说明:
图1为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的EDX图;
图2为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的FTIR图;
图3为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的XPS图;
图4为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的脱吸附曲线图;
图5为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中的LSV图;
图6为实施例1得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂极化曲线图;
图7为实施例2得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的EDX图;
图8为实施例2得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中的LSV图;
图9为实施例3得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂的EDX图;
图10为实施例3得到的马尾藻提油后藻渣炭基催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中的LSV图;
图11为对比例1XC-72R催化剂的EDX图;
图12为对比例1XC-72R催化剂的FTIR图;
图13为为对比例1XC-72R催化剂的XPS图;
图14为对比例1XC-72R催化剂的脱吸附曲线图;
图15为对比例1XC-72R催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/L PBS溶液中的LSV图;
图16为对比例1XC-72R催化剂极化曲线图;
图17为对比例2得到的江蓠提油后藻渣炭基催化剂的EDX图;
图18为对比例2得到的江蓠提油后藻渣炭基催化剂的FTIR图;
图19为对比例2得到的江蓠提油后藻渣炭基催化剂的脱吸附曲线图;
图20为对比例2得到的江蓠提油后藻渣炭基催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中的LSV图;
图21为对比例2得到的江蓠提油后藻渣炭基催化剂极化曲线图;
图22为对比例3得到的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的EDX图;
图23为对比例3得到的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的FTIR图;
图24为对比例3得到的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的脱吸附曲线图;
图25为对比例3得到的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂在1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中的LSV图;
图26为对比例3得到的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂极化曲线图。
具体实施方式:
以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
除特别说明,本发明中的实验材料和试剂均为本技术领域常规市购产品。
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将藻类进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中24h,取出后干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣加热炭化,炭化后的藻渣降至常温,研磨制得提油后藻渣炭基催化剂。
实施例1
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将马尾藻进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中24h,取出后干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣600℃下加热炭化3h,炭化后的藻渣降至常温,研磨至粉末状得到提油后藻渣炭基催化剂。
本发明将提油后藻渣催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂的实际涂布面积为4×4cm2,催化剂载量为10mg/cm2)提油后藻渣炭基催化剂(SAC-600催化剂);
(3)将质量分数为5%的nafion(全氟磺酸型聚合物溶液)、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的催化剂粉末,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以提油后藻渣生物炭为催化剂的电极。
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行了EDX(能量色散X射线光谱)检测,结果如图1所示,由图1可以得出:实施例1得到的提油后藻渣炭基催化剂表面元素种类丰富,其中N元素约占4.04%。
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行了红外光谱和XPS谱检测,红外光谱图如图2所示,XPS谱图如图3所示,由图2和图3得出提油后藻渣炭基催化剂材料富含以-NH2形式存在的N,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好。
同时测试了该催化剂的比表面积和总孔容,该催化剂的脱吸附曲线如图4所示,该催化剂比表面积为5.194m2/g,总孔容为0.330cm3/g。
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行LSV测试,本实施例的LSV通过旋转圆盘进行测试,采用玻炭电极作为工作电极,工作电极面积为5mm,辅助电极和参比电极分别采用饱和甘汞电极和Ag/AgCl。如图5所示为LSV曲线图,可以得出:1600rpm扫速下,50mmol/L PBS(磷酸盐缓冲溶液)溶液中SAC-600催化剂的析氧电位为-0.18V。
本研究采用单室结构空气阴极微生物燃料电池,采用碳布作为阴极,碳毡作为阳极,电池外阻为1000Ω。对本实施例得到提油后藻渣炭基催化剂进行极化曲线分析,提油后藻渣炭基催化剂极化曲线图如图6所示,由图6可以得出:SAC-600的内阻为200Ω,输出功率为2.61W/m3
实施例2
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将马尾藻进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣在去离子水中浸渍24h,取出后于空气中干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣400℃下加热炭化3h,炭化后的藻渣降至常温,研磨至粉末状获得提油后藻渣炭基催化剂。
将提油后藻渣催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂载量为10mg/cm2)提油后藻渣炭基催化剂(SAC-400催化剂);
(3)将质量分数为5%的nafion(全氟磺酸型聚合物溶液)、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的催化剂粉末,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以提油后藻渣生物炭为催化剂的电极。
本实施例制备得到的SAC-400催化剂材料采用实施例1中测定方法对该催化剂材料的性能进行测定,结果如下:
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行了EDX(能量色散X射线光谱)检测,如图7所示,其中不含氮元素,低于实施例1中SAC催化剂材料中N元素含量,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好。
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行LSV测试,LSV图如图8所示,由图8可以得出:1600rpm扫速下,50mmol/L PBS溶液中SAC-400催化剂的析氧电位为-0.37V,相比于SAC-600的析氧电位更负,研究表明,析氧电位越正,其ORR催化性能越好,且LSV是用来衡量催化剂ORR性能的优劣的重要标志。
实施例3
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将马尾藻进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣在去离子水中浸渍24h,取出后于空气中干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣800℃下加热炭化3h,炭化后的藻渣降至常温,研磨至粉末状获得提油后藻渣炭基催化剂。
将提油后藻渣催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂载量为10mg/cm2)提油后藻渣炭基催化剂(SAC-800催化剂);
(3)将质量分数为5%的nafion(全氟磺酸型聚合物溶液)、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的催化剂粉末,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以提油后藻渣生物炭为催化剂的电极。
本实施例制备得到的SAC-800催化剂材料采用实施例1中测定方法对该催化剂材料的性能进行测定,结果如下:
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行了EDX(能量色散X射线光谱)检测,如图9所示,其中不含氮元素,低于实施例1中SAC催化剂材料中N元素含量,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好。
对本实施例得到的提油后藻渣炭基催化剂进行LSV测试,LSV图如图10所示,由图10可以得出:1600rpm扫速下,50mmol/L PBS溶液中SAC-800催化剂的析氧电位为-0.24V。相比于实施例1的析氧电位更负,研究表明,析氧电位越正,其ORR催化性能越好,且LSV是用来衡量催化剂ORR性能的优劣的重要标志。
实施例1~3中得到的提油后藻渣炭基催化剂进行LSV测试,得到的析氧电位依次为-0.18V、-0.37V和-0.24V,即实施例1中SAC-600催化剂的析氧电位最高,则其催化性能最好,即炭化温度为600℃,炭化时间为3h,为最佳的炭化条件。
对比例1
取160mg购自上海卡波特化工有限公司的XC-72R催化剂材料作为对比例。
将XC-72R催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂载量为10mg/cm2)XC-72R催化剂;
(3)将质量分数为5%的nafion、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的XC-72R催化剂,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以XC-72R为阴极催化剂的电极。
以所取XC-72R催化剂材料采用实施例1中测定方法对该催化剂材料的性能进行测定,结果如下:
EDX检测结果如图11所示,由图11可以得出,XC-72R催化剂表面不含N元素;XC-72R催化剂的红外光谱图如图12所示,XC-72R催化剂的XPS谱图如图13所示,与实施例1相比,XC-72R催化剂表面无N元素,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好。XC-72R催化剂的吸脱附曲线如图14所示,经测试得出XC-72R比表面积为241.809m2/g,总孔容为1.875cm3/g,均高于马尾藻催化剂,然而研究表明,对于碳基催化剂,影响其性能的主要因素是N含量,其次才是比表面积和孔容。
XC-72R催化剂的LSV图如图15所示,由图15得出:1600rpm扫速下,50mmol/L PBS溶液中XC-72R催化剂的析氧电位为-0.25V,相比于SAC-600催化剂的析氧电位更负,研究表明,析氧电位越正,其ORR催化性能越好,且LSV是用来判断催化剂ORR性能的优劣的重要标志,因此该催化剂不如实施例1中得到的催化剂的性能好。XC-72R的极化曲线图如图16所示,由图16得出,XC-72R催化剂的内阻为200Ω,输出功率为2.12W/m3
对比例2
取广东省湛江市的江蓠作为对比例。
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将江蓠进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中24h,取出后干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣600℃下加热炭化3h,炭化后的藻渣降至常温,研磨制得提油后藻渣炭基催化剂。
将制得江蓠提油后藻渣炭基催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的江蓠提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂载量为10mg/cm2)江蓠提油后藻渣炭基催化剂;
(3)将质量分数为5%的nafion、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的江蓠提油后藻渣炭基催化剂,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以江蓠提油后藻渣炭基催化剂为阴极催化剂的电极。
以江蓠提油后藻渣炭基催化剂材料采用实施例1中测定方法对该催化剂材料的性能进行测定,结果如下:
EDX检测结果如图17所示,由图17可以看出,本发明对比例2的江蓠提油后藻渣炭基催化剂表面不含N元素;江蓠提油后藻渣炭基催化剂的红外光谱图如图18所示,与实施例1相比,江篱催化剂表面无N元素,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好江蓠提油后藻渣炭基催化剂的吸脱附曲线如图19所示,江蓠提油后藻渣炭基催化剂比表面积为11.768m2/g,总孔容为0.694cm3/g。
江蓠提油后藻渣炭基催化剂的LSV图如图20所示,由图20得出:1600rpm扫速下,50mmol/L PBS溶液中催化剂的析氧电位为-0.38V,相比于SAC-600催化剂的析氧电位更负,研究表明,析氧电位越正,其ORR催化性能越好,且LSV是用来判断催化剂ORR性能的优劣的重要标志,其性能不如实施例1制备得到的催化剂的性能;江蓠提油后藻渣炭基催化剂的极化曲线图如图21所示,由图21得出:催化剂的内阻为600Ω,输出功率为1.46W/m3
对比例3
取广东省佛山市三水区的青贮能源草作为对比例。
提油后藻渣炭基催化剂的制备,包括如下步骤:
(1)将青贮能源草进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中24h,取出后干燥24h;
(3)将干燥后的藻渣600℃下加热炭化3h,炭化后的藻渣降至常温,研磨制得提油后藻渣炭基催化剂。
将制得青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂作为生物燃料电池阴极催化剂,通过以下步骤对制得的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂材料进行处理:
(1)剪裁4×4.5cm2碳布作为阴极;
(2)称量160mg(催化剂载量为10mg/cm2)青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂;
(3)将质量分数为5%的nafion、无水乙醇、去离子水按1:2:2体积比混匀,混合后溶液体积为2mL,并向混合溶液中加入步骤(2)称量好的青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂,搅拌并进行超声分散20min;
(4)将步骤(3)得到的墨汁状混合物均匀地涂抹在碳布上,得到以青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂为阴极催化剂的电极。
以青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂材料采用实施例1中测定方法对该催化剂材料的性能进行测定,结果如下:
EDX检测结果如图22所示,红外光谱图如图23所示,与实施例1相比,青贮能源草催化剂表面无N元素,研究证明,N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好。青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的吸脱附曲线如图24所示,青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂比表面积为5.053m2/g小于,总孔容为0.535cm3/g。
青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的LSV图如图25所示,由图25得出:1600rpm扫速下,50mmol/LPBS溶液中催化剂的析氧电位为-0.35V,相比于SAC-600催化剂的析氧电位更负,研究表明,析氧电位越正,其ORR催化性能越好,且LSV是用来判断催化剂ORR性能的优劣的重要标志,其性能不如实施例1制备得到的催化剂的性能;青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的极化曲线图如图26所示,由图26得出:青贮能源草提油后藻渣炭基催化剂的内阻为200Ω,输出功率为1.38W/m3,实施例1与对比例1~3作比较,实施例1催化剂的输出功率为2.61W/m3,远大于对比例1~3得到的催化剂的输出功率,而输出功率越大,催化剂的性能越好,则实施例1的催化剂的性能最佳。
本发明提供的以提油后藻渣为原料,制备得到了藻类基催化剂,不仅原料来源广泛且制备方法和成本较低,有利于该提油后藻渣炭基催化剂大规模工业化生产,且得到的提油后藻渣炭基催化剂材料富含N元素,使得到的藻渣催化剂具有良好的氧还原性。
由实施例1~4及对比例1~3比较可得出,本发明提供的制备方法制备得到藻类催化剂材料,在400℃-800℃范围内均具有活性;600℃时马尾藻催化剂的含氮量最高且具有-NH2基团,氧还原电位最正,功率最大,电阻最小,氧还原电位是衡量催化剂氧还原性能的重要标志,氧还原电位越正,其ORR性能越好,研究证明,碳基催化剂中影响ORR催化性能的因素中,N元素的含量及存在形态对其ORR催化性能的影响大于其比表面积及总孔容,且N元素在ORR催化反应过程中起着直接作用且氮元素含量与ORR催化反应性能有着一定的线性关系,N元素含量越高,催化剂的ORR催化性能越好;采用本发明提供的制备方法,对不同原料的藻类处理获得的催化剂,马尾藻催化剂的性能最优;将得到的催化剂应用于微生物燃料电池,马尾藻提油后藻渣炭基催化剂在中性溶液中氧还原性高于对比例1~3中所取催化剂。
本发明制备所得藻类催化剂材料应用于,以厌氧发酵后的餐厨垃圾为燃料的微生物燃料电池时,不仅能够提高电池产电性能,还能够达到垃圾降解的目的;应用于以厌氧发酵的生活废水为燃料的微生物燃料电池时,不仅能够提高产电性能,还能够达到污水处理的目的;作为传感器使用的微生物燃料电池时,可以有效发挥传感器作用,检测BOD、COD等数据。
以上对本发明提供的提油后藻渣炭基催化剂进行了详细的介绍,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想,应当指出,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种提油后藻渣炭基催化剂在微生物燃料电池中的应用,其特征在于,所述的提油后藻渣炭基催化剂作为微生物燃料电池的阴极催化剂,所述的提油后藻渣炭基催化剂由如下制备方法制得:
(1)将马尾藻属进行提油后取藻渣;
(2)将步骤(1)中得到的藻渣浸渍在去离子水中,取出后干燥;
(3)将干燥后的藻渣加热炭化,炭化温度为600℃,炭化时间为3h,炭化后的藻渣降至常温,制得提油后藻渣炭基催化剂。
CN201710104635.XA 2017-02-24 2017-02-24 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用 Active CN106602091B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710104635.XA CN106602091B (zh) 2017-02-24 2017-02-24 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710104635.XA CN106602091B (zh) 2017-02-24 2017-02-24 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106602091A CN106602091A (zh) 2017-04-26
CN106602091B true CN106602091B (zh) 2020-07-10

Family

ID=58587950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710104635.XA Active CN106602091B (zh) 2017-02-24 2017-02-24 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106602091B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104241662A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 中国科学院广州能源研究所 一种用于微生物燃料电池阴极催化剂的生物炭的制备方法
CN104495837A (zh) * 2014-12-04 2015-04-08 浙江大学 一种马尾藻基活性炭及其制备方法和应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6354393B2 (ja) * 2013-07-05 2018-07-11 東洋インキScホールディングス株式会社 燃料電池用水性触媒ペースト組成物、及び燃料電池
CN103427102B (zh) * 2013-08-30 2015-09-02 华南理工大学 一种藻菌微生物燃料电池及其制备方法和应用
CN103794803A (zh) * 2014-01-22 2014-05-14 江西师范大学 一种用于微生物燃料电池的氮磷共掺杂碳氧气还原催化剂的制备方法及其应用
CN105375042A (zh) * 2015-12-01 2016-03-02 沈阳农业大学 一种生物质碳基催化剂及制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104241662A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 中国科学院广州能源研究所 一种用于微生物燃料电池阴极催化剂的生物炭的制备方法
CN104495837A (zh) * 2014-12-04 2015-04-08 浙江大学 一种马尾藻基活性炭及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
生物质基碳材料作为氧还原反应催化剂的研究进展;高书燕,苏景振;《化学通报》;20150818;第78卷(第8期);第1-9页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106602091A (zh) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Single-step bioconversion of lignocellulose to hydrogen using novel moderately thermophilic bacteria
Lianhua et al. Effect of temperature and solid concentration on anaerobic digestion of rice straw in South China
Li et al. Lignocellulosic biomass for ethanol production and preparation of activated carbon applied for supercapacitor
CN107020075B (zh) 二氧化碳电化学还原单质铋催化剂及其制备和应用
CN107403698A (zh) 一种利用生物质制备活性碳的方法及其制备的活性炭的应用
CN107324331A (zh) 一种利用农林果壳废弃物制备生物质活性炭的方法
CN110171830B (zh) 一种氮掺杂磁性生物炭的制备方法及其应用
Lee et al. Enhanced electron transfer mediator based on biochar from microalgal sludge for application to bioelectrochemical systems
CN106025296A (zh) 氮磷双掺杂的碳材料及其制备方法和应用
Tabah et al. Solar-energy-driven conversion of biomass to bioethanol: a sustainable approach
CN106602091B (zh) 一种提油后藻渣炭基催化剂及其在微生物燃料电池中的应用
CN107829104A (zh) 一种用生物质原料同时获得氢气和生物质燃料棒的方法
CN105195095A (zh) 一种利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法
CN111129523B (zh) 一种基于厌氧发酵沼渣的超薄柔性炭纳米片氧还原催化剂的制备方法
CN104659379B (zh) 纳米铁锰复合氧化物负载的气体扩散电极及其制备与应用
CN107902654B (zh) 一种煤焦油沥青改性高比表面多孔碳的制备方法及应用
Kaur et al. Facile synthesis of mesoporous carbon material from treated kitchen waste for energy applications
CN103922336A (zh) 一种活性炭的处理方法
CN108821257A (zh) 一种基于荷叶的二元介孔-微孔多级结构生物碳及其制备方法和应用
CN107435155A (zh) 一种多孔碳纳米复合材料催化剂的制备方法和应用
Chen et al. Kinetic models and effects of Mn (II) ion on ethanol production from cornstalks
NL2023943B1 (en) A New Method for Preparing Activated Carbon Catalyzing Oxygen Reduction Reaction (ORR) from Fast—growing Paper Mulberry
CN109841858B (zh) 利用豆渣制备生物炭基氧还原反应催化剂的方法及产品
CN106753749B (zh) 一种利用海藻作为原料制备的生物油的方法
CN110299541B (zh) 一种微生物燃料电池阴极催化剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant