CN109499605B - NiO-Y纳米复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NiO‑Y纳米复合材料，是在制备Y分子筛的溶胶反应体系中加入碳微球，密闭老化后进行水热静态晶化反应得到纳米Y分子筛，浸渍镍盐前驱体水溶液并焙烧后制备得到。本发明的NiO‑Y纳米复合材料具有微‑介孔多级孔道结构，总比表面积和孔容均显著增加，用于制备微生物电解池的阴极电极，能提高其电催化产氢性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种负载NiO的Y分子筛，特别是涉及一种以具有多级孔结构的Y分子筛负载NiO的纳米复合材料，以及该纳米复合材料的制备方法。本发明制备的纳米复合材料可以作为阴极材料用于微生物电解池催化产氢。
背景技术
传统能源的枯竭和严重的环境污染已成为世界面临的两大困境。化石燃料(如石油、煤炭和天然气)属于不可再生能源，人们越来越关注这些能源对全球气候、人类健康及生态系统的影响，从而促使人们不断开发可再生的清洁能源。
在各种新能源中，氢能能量密度高(H2为120MJ/kg，汽油为44MJ/kg，CH4为50MJ/kg，乙醇为26.8MJ/kg)、清洁环保、使用方便，是一种重要的能源载体。氢能在清洁、可持续的能源技术领域具有巨大的发展潜力。
目前已发展的制氢方法很多，如生物制氢、化石燃料制氢和电解水制氢等。微生物电解池(microbial electrolysis cell，MEC)是一项具有较好应用前景的新技术，其能在处理有机物废水的同时回收电能或氢能。MEC阳极微生物分解有机物产生电子和质子，电子通过外电路到达阴极，质子通过溶液到达阴极区，在外加辅助电压下，两者结合产生氢气。
MEC阴极材料对于产氢有极大的影响，性能优良的阴极能够降低析氢反应活化能，加快化学反应速率，且具有良好的电化学稳定性。Pt/C基催化剂(Molybdenum carbide-carbon nanocomposites synthesized from a reactive template forelectrochemical hydrogen evolution[J]. Journal of Materials Chemistry A,2014, 2(27): 10548-10556，Highly active and durable nanostructured molybdenumcarbide electrocatalysts for hydrogen production[J]. Energy & Environmental Science, 2013, 6(3): 943-951.)是最早采用且析氢性能最好的阴极材料。但是Pt/C价格昂贵，且废水中的一些化学物质(如硫化物)容易使Pt/C中毒，在应用中受到了极大的限制。
CN 103290425A提供了一种生物阴极型产氢微生物电解池的生物阴极驯化方法，以驯化好的微生物作为MEC阴极材料。但是其阴阳极微生物的驯化操作繁琐、驯化周期较长且活性较难控制，不能确保稳定且高效的产氢。
Y分子筛是一种具有FAU拓扑结构的硅铝酸盐材料，以其作为MEC阴极载体材料具有明显优势。首先，Y分子筛含有丰富的微孔结构(三维相互连接的12圆环孔道体系)，具有较高的水热稳定性和热稳定性；以超级笼作为主要通道，这种特殊的空间构型和较大的比表面积为Y分子筛的选择性催化提供了场所，同时，这种特殊的笼状结构还可以暴露更多的活性位点，为MEC阴极氢质子和电子的结合提供更大的反应空间。其次，其具有的微介孔多级孔结构，使得阴极产生的氢分子更容易解吸和扩散，可以大大提高阴极的析氢能力。
胡丽等(NiY分子筛的合成及在微生物电解池阴极的析氢性能研究[J]. 燃料化学 学报, 2018, 46(5), 607-614.)采用导向剂法，通过在合成体系中添加金属盐，原位法合成了NiY分子筛，其形貌为凹槽结构的六方或四方柱型，具有微孔-介孔多级孔道结构特征。该分子筛用于MEC阴极材料，具有电催化析氢活性。然而，由于其的表面积相对较小，将其用于MEC中的产气量较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种比表面积更大、电催化活性更高的NiO-Y纳米复合材料及其制备方法，以本发明制备的NiO-Y纳米复合材料作为阴极材料用于微生物电解池，可以进一步提高微生物电解池的催化析氢能力。
本发明的NiO-Y纳米复合材料是以去离子水、氢氧化钠、偏铝酸钠和硅源为原料，按摩尔比Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=(0.3～1.5)∶(0.2～1.2)∶1∶(40～80)混合形成溶胶，再按m(碳微球)/m(SiO2)=0.15～0.55在所述溶胶中加入碳微球，调节溶胶的pH值至13.5，密闭老化1～9d，升温至80～100℃进行水热静态晶化反应，将反应产物焙烧得到纳米Y分子筛，在所述纳米Y分子筛上浸渍镍盐前驱体水溶液，搅拌至水分完全挥发，干燥、焙烧制备得到所述NiO-Y纳米复合材料。
本发明制备的NiO-Y纳米复合材料中，活性组分NiO的负载量占NiO-Y纳米复合材料的2.5～10wt%。
其中，所述的硅源为白炭黑、水玻璃或硅溶胶中的任意一种。
进而，作为所述前驱体的镍盐可以是硝酸镍、硫酸镍、氯化镍。本发明优选使用硝酸镍。
更进一步地，本发明所述水热静态晶化反应的时间应不少于6h。
优选地，本发明调节溶胶的pH值后，将所述溶胶搅拌2～3h后再进行密闭老化。所述搅拌优选的转数为800～1200r/min。
本发明优选采用等体积浸渍法在所述纳米Y分子筛上浸渍镍盐前驱体水溶液。
本发明具体是将所述水热静态晶化反应产物在450～550℃下的空气气氛中焙烧4～6h，以除去碳微球模板。
同样，所述浸渍有镍盐前驱体的纳米Y分子筛也是在450～550℃下的空气气氛中焙烧4～6h，以得到NiO-Y纳米复合材料。
进而，用于制备本发明NiO-Y纳米复合材料的原料碳微球优选使用以葡萄糖静态水热晶化反应制备的碳微球。
本发明制备的NiO-Y纳米复合材料可以作为阴极材料，用于制备微生物电解池的阴极电极。
进一步地，本发明制备的NiO-Y纳米复合材料可以用于制备处理有机废水同步产氢的微生物电解池的阴极电极。
更进一步地，本发明制备的NiO-Y纳米复合材料可以用于制备处理焦化废水同步产氢的微生物电解池的阴极电极。
具体地，是将所述NiO-Y纳米复合材料分散于无水乙醇中，滴涂在预处理后的碳纸表面，干燥后，以Nafion溶液进行固定，得到微生物电解池的阴极电极。
优选地，本发明使用0.02wt% Nafion溶液对碳纸表面滴涂的NiO-Y纳米复合材料进行固定。
其中，所述阴极电极上NiO-Y纳米复合材料的负载量为0.5～1.5mg/cm2。
进而，对所述碳纸的预处理是依次使用0.5mol/L H2SO4溶液和0.5mol/L NaOH溶液各浸泡2h，再以蒸馏水浸泡5h，干燥，以除去碳纸表面的酸和碱。
本发明采用无导向剂法，在Y分子筛的合成体系中添加碳微球，经老化、水热晶化反应制备得到了纳米Y分子筛，并通过等体积浸渍法在其表面负载镍氧化物制备得到NiO-Y纳米复合材料。经XRD、SEM和N2吸附-脱附等手段进行表征，所制备NiO-Y纳米复合材料具有微-介孔多级孔道结构，与原位法合成NiY分子筛相比，形貌由八面体块状逐渐趋向于纳米颗粒，且总比表面积和孔容均显著增加，物理化学性质得到了改善。
以本发明的NiO-Y纳米复合材料制备微生物电解池的阴极电极，能够充分利用纳米分子筛的高比表面积及丰富的孔结构改善阴极材料的物理化学性质，使镍基催化的电催化活性得以充分展现，进一步提高其电催化产氢性能。通过线性扫描和塔菲尔曲线电化学测试评价，采用本发明NiO-Y纳米复合材料阴极电极的微生物电解池具有高的电催化活性，在连续运行周期内，其析氢电流密度、产氢量及产氢效率均可以与Pt/C阴极相媲美，并远远高出以传统Y分子筛为载体的阴极材料，展现出优良的催化析氢性能。
本发明使用价格低廉的碳微球作为制备纳米Y分子筛的硬模板剂，NiO-Y纳米复合材料容易制备且价格低廉，以其制备的微生物电解池阴极电极与Pt/C和贵金属电极比较，极大地降低了成本，有望替代金属材料应用于微生物电解池作为析氢材料。
附图说明
图1是传统Y分子筛(a)和实施例1制备纳米Y分子筛(b)的XRD谱图。
图2是NiY复合材料(a)和实施例1制备NiO-Y纳米复合材料(b)的XRD谱图。
图3是实施例1制备NiO-Y纳米复合材料的SEM图。
图4是实施例1制备纳米Y分子筛(a)和NiO-Y纳米复合材料(b)的TEM图。
图5是NiY复合材料(a)和实施例1制备NiO-Y纳米复合材料(b)的N2吸附-脱附曲线图。
图6是NiY复合材料(a)和实施例1制备NiO-Y纳米复合材料(b)的孔径分布图。
图7是NiO-Y、NiY和Pt/C电极的线性扫描图。
图8是NiO-Y、NiY和Pt/C电极的塔菲尔斜率。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明。下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本实施例中，用于与NiO-Y纳米复合材料进行性能比较的NiY复合材料，为背景技术所述胡丽等文献《NiY分子筛的合成及在微生物电解池阴极的析氢性能研究》中采用导向剂法原位合成的NiY分子筛。
实施例1。
在聚四氟乙烯容器中加入35mL去离子水，3.16g葡萄糖，室温下搅拌30min，放入反应釜中，密闭，置于恒温箱中，加热至180℃静态晶化反应12h。取出反应釜，于淬冷槽内快速冷却至室温，取出反应产物，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，抽滤，于真空干燥箱内70℃干燥12h，研磨得到碳微球粉末。
取30mL去离子水，2.33g氢氧化钠，1.99g偏铝酸钠，2.33g白炭黑，一起加入聚四氟乙烯容器中，室温下搅拌形成溶胶液。在溶胶液中加入0.5g碳微球，以98wt%浓硫酸调节pH值至13.5，800r/min剧烈搅拌2h后，室温下密闭静置老化3d。随后放入不锈钢反应釜中，于恒温箱中加热至90℃恒温晶化反应6h。取出反应釜，急冷，取出反应产物，经洗涤、抽滤、干燥，于马弗炉中550℃空气气氛下焙烧6h，制备得到纳米Y分子筛。
图1给出了传统Y分子筛(a)和上述制备的纳米Y分子筛(b)的XRD谱图。从图中可以看出，两种样品分子筛在2θ=6.3°、10.1°、11.8°、15.6°、18.6°、20.2°、23.5°、26.9°和31.1°处的特征衍射峰分别对应于Y型分子筛的(111)、(220)、(311)、(331)、(511)、(440)、(533)、(642)和(555)晶面，谱图中未发现其他杂峰，说明本实施例制备得到的纳米Y分子筛为纯相结构。与传统Y分子筛相比，纳米Y分子筛的特征衍射峰表现出强度低、宽化程度增大的峰型结构。
称取0.18g Ni(NO3)2·6H2O，加入到5mL去离子水中配制成金属前驱体溶液，加入0.6g纳米Y分子筛作为载体，进行等体积浸渍。室温下高速搅拌至水分完全挥发，于80℃恒温干燥箱中干燥12h，置于马弗炉中，500℃焙烧4h，得到活性组分NiO负载量7.5wt%的NiO-Y纳米复合材料。
图2给出了NiY复合材料(a)和上述制备的NiO-Y纳米复合材料(b)的XRD谱图，以及NiO的标准PXRD谱图。由图可知，两种复合材料在2θ=6.3°、10.1°、11.8°、15.6°、18.6°、20.2°、23.5°、26.9°和31.1°处的特征衍射峰分别对应于Y型分子筛的(111)、(220)、(311)、(331)、(511)、(440)、(533)、(642)和(555)晶面，表明两种复合材料都存在FAU拓扑结构的Y分子筛晶体。除Y分子筛特征衍射峰外，两种复合材料在2θ=37.4°、42.8°、63.3°处均检测到的微弱衍射峰，分别对应于NiO(PDF No.71-1179)的(111)、(200)和(220)晶面。
根据图3的SEM图看出，所制备NiO-Y纳米复合材料为分散均匀的纳米颗粒。为了进一步观察NiO在纳米Y分子筛表面的分散状态，分别对制备的纳米Y分子筛和NiO-Y纳米复合材料进行了TEM测试。从图4中可以看出，纳米Y分子筛样品的晶粒大小为50～300nm(a)，负载镍基氧化物后，NiO-Y纳米复合材料样品的NiO分散在纳米Y分子筛颗粒表面(b)。纳米Y分子筛具有较大的比表面积，有利于NiO粒子的分散和析氢反应过程中的传质和传荷。
分子筛的孔结构参数以及比表面积对MEC阴极催化剂的吸附、脱附过程有极大的影响。图5和图6分别给出了NiY复合材料(a)和上述制备的NiO-Y纳米复合材料(b)的N2吸附-脱附曲线和孔径分布图。从图5的N2吸附-脱附等温线可以看出，两种复合材料都属于典型的第Ⅰ型和第Ⅳ型吸附曲线，在相对压力较低时有较高的吸附量，具有微孔吸附的特征；在相对压力p/p 0 为0.45～1.0范围内没有明显的饱和吸/脱附平台，N2分子由于毛细凝聚现象，出现了较大的滞后环，吸附量随p/p 0 的增加急剧增加，在p/p 0 大于0.75时吸附曲线明显上翘，表明两种复合材料中均具有微、介孔多级孔道结构。从图5还可看出，在p/p 0 =0.3～0.4范围内，NiO-Y纳米复合材料存在更高的阶跃，表明NiO-Y纳米复合材料中介孔含量较NiY复合材料高。根据图6的孔径分布曲线图可以看出，NiO-Y纳米复合材料的介孔孔径主要分布在3.83nm左右，较NiY复合材料(3.27nm)的孔径大，由此表明NiO-Y纳米复合材料在MEC阴极析氢反应中，有助于提高H2分子在晶内扩散的速度。
表1进一步提供了NiY复合材料和NiO-Y纳米复合材料的N2吸附-脱附数据。NiO-Y复合材料的总比表面积、介孔比表面积、总孔体积分别为744.3m2∙g-1、64.9m2∙g-1和0.495cm3∙g-1，相对于NiY复合材料明显增大，达到了1.8～2.2倍。在NiO-Y复合材料的合成体系中，由于碳微球的空间限阻作用，以及加入后对表面电荷的影响，使得Y分子筛微晶核不易发生进一步的聚集，进而形成高分散、大比表面积的纳米Y分子筛颗粒。上述原因也可以通过图3的SEM图得到进一步的证明。较高的比表面积和较大的孔体积，使得NiO在其表面高度分散，为MEC阴极提供了更多的活性中心，使得MEC阴极能够吸附更多的H+离子，促进单位面积上更多析氢反应的发生。
实施例2。
按照实施例1方法制备碳微球。
取32mL去离子水，1.185g氢氧化钠，3.41g偏铝酸钠，1.78g白炭黑，一起加入聚四氟乙烯容器中，室温下搅拌形成溶胶液。在溶胶液中加入0.8g碳微球，以98wt%浓硫酸调节pH值至13.5，1000r/min剧烈搅拌2h，室温下密闭静置老化1d。随后放入不锈钢反应釜中，于恒温箱中加热至90℃恒温晶化反应12h。取出反应釜，急冷，取出反应产物，经洗涤、抽滤、干燥，于马弗炉中500℃空气气氛下焙烧5h，制备得到纳米Y分子筛。
称取0.12g Ni(NO3)2·6H2O，加入5mL去离子水配制成金属前驱体溶液，加入0.6g纳米Y分子筛作为载体，进行等体积浸渍。室温下高速搅拌至水分完全挥发，于70℃恒温干燥箱中干燥8h，置于马弗炉中500℃焙烧5h，得到活性组分NiO负载量4.7wt%的NiO-Y纳米复合材料。
实施例3。
按照实施例1方法制备碳微球粉末。
取34mL去离子水，1.30g氢氧化钠，3.54g偏铝酸钠，1.62g白炭黑，一起加入聚四氟乙烯容器中，室温下搅拌形成溶胶液。在溶胶液中加入1.25g碳微球，以98wt%浓硫酸调节pH值至13.5，1200r/min剧烈搅拌3h，室温下密闭静置老化6d。随后放入不锈钢反应釜中，于恒温箱中加热至90℃恒温晶化反应16h。取出反应釜，急冷，取出反应产物，经洗涤、抽滤、干燥，于马弗炉中550℃空气气氛下焙烧5h，制备得到纳米Y分子筛。
称取0.06g Ni(NO3)2·6H2O ，加入5mL去离子水配制成金属前驱体溶液，加入0.6g纳米Y分子筛作为载体，进行等体积浸渍。室温下高速搅拌至水分完全挥发，于80℃恒温干燥箱中干燥8h，再置于马弗炉中，450℃下焙烧5h，得到活性组分NiO负载量2.5wt%的NiO-Y纳米复合材料。
实施例4。
按照实施例1方法制备碳微球粉末。
取31.5mL去离子水，1.31g氢氧化钠，3.44g偏铝酸钠，1.40g白炭黑，一起加入聚四氟乙烯容器中，室温下搅拌形成溶胶液。在溶胶液中加入0.75g碳微球，以98wt%浓硫酸调节pH值至13.5，900r/min剧烈搅拌2h，室温下密闭静置老化2d。随后放入不锈钢反应釜中，于恒温箱中加热至90℃恒温晶化反应18h。取出反应釜，急冷，取出反应产物，经洗涤、抽滤、干燥，于马弗炉中500℃空气气氛下焙烧5h，制备得到纳米Y分子筛。
称取0.24g Ni(NO3)2·6H2O，加入5mL去离子水配制成金属前驱体溶液，加入0.6g纳米Y分子筛作为载体，进行等体积浸渍。室温下高速搅拌至水分完全挥发，于80℃恒温干燥箱中干燥12h，再置于马弗炉中，500℃下焙烧5h，得到活性组分NiO负载量9.5wt%的NiO-Y纳米复合材料。
应用例1
将碳纸裁剪成2cm×2cm大小，依次用0.5mol/L H2SO4溶液和0.5mol/L NaOH溶液各浸泡2h，以除去碳纸表面的杂质。然后用蒸馏水浸泡5h，去除碳纸表面的酸和碱后，晾干备用。
称取4mg实施例1制备的NiO-Y纳米复合材料，加入0.5mL无水乙醇中，超声处理0.5h以形成均匀的悬浊液。用移液枪吸取悬浊液，均匀滴涂在上述处理好的碳纸两面。自然干燥后，在碳纸表面再滴涂10μL 0.02wt% Nafion溶液，室温下晾干，制备得到NiO-Y纳米复合材料负载量1mg/cm2的阴极电极。
室温下，采用三电极体系，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂网为对电极，负载NiO-Y纳米复合材料阴极电极为工作电极，通过辰华公司CHI660型电化学工作站对阴极电极进行线性扫描和塔菲尔测试分析，考察NiO-Y纳米复合材料的电化学性能。
线性扫描的扫描范围−0.6～0V，扫描速率10mV·s−1；塔菲尔曲线的扫描范围−0.9～0.3V，扫速速率10mV·s−1。
分别以Pt/C电极和负载NiY复合材料阴极电极为对比，在相同条件下测试其电化学性能。
图7分别给出了NiY(a)、NiO-Y(b)和Pt/C电极的线性扫描图。从图中可以看出，在扫描范围内，与NiY复合材料电极相比，Pt/C电极和NiO-Y纳米复合材料电极具有较高的电流响应，且NiO-Y纳米复合材料电极的响应电流更高，说明NiO-Y纳米复合材料电极具有较高的析氢催化能力。实验结果表明，NiO-Y纳米复合材料可以有效地为阴极氢质子和电子的结合提供更大的反应空间，将材料的性能相互协调，使得形成Ni-H解吸能力得以调控，提高MEC阴极材料的催化析氢性能。
塔菲尔斜率是反应电催化析氢反应动力学的重要参数。通过对极化曲线的线性区进行拟合得到平衡电势和交换电流密度，能够衡量一个电极反应的难易程度。其中，平衡电势越小反应越容易发生，交换电流密度越大反应越容易发生，析氢反应速率也就越快。
图8为NiY(a)、NiO-Y(b)和Pt/C电极的塔菲尔斜率。从图中可以看出，NiO-Y纳米复合材料电极的塔菲尔斜率为48.41mV/dec，Pt/C电极的塔菲尔斜率为54.70mV/dec，两者的塔菲尔斜率远低于NiY复合材料电极(80.18mV/dec)，证明两者的析氢催化活性均高于NiY复合材料，且NiO-Y纳米复合材料与Pt/C电极的催化活性相媲美，与线性扫描结果相一致。
采用体积100mL的单室反应器构建MEC装置，用于处理焦化废水并催化产氢。
反应器中的电解液由20mL活化菌污泥与80mL营养液混合组成。
其中，活化菌污泥取自焦化废水处理厂。营养液由基质(1g/L葡萄糖)、磷酸缓冲液(调节基质的pH值在7左右)和微量矿物质溶液(含钙、镁和锰等微量元素)组成。
以上述制备的负载NiO-Y纳米复合材料的碳纸作为阴极电极，附着有驯化好的产电菌的碳毡作为阳极电极，在外加电压0.7V、35℃下运行MEC装置，使用万用表监测产氢电流，每隔0.5h记录一次。利用排水集气法收集装置产生的气体，采用气相色谱仪检测气体的组成。
在连续运行周期内，NiO-Y纳米复合材料电极的最大析氢电流密度达到22.87A·m−2，产气总量中H2含量占73.71%，产氢效率(QH2=0.393m3/m3d)，是NiY复合材料电极产氢效率的4.42倍，可与Pt/C电极的产氢效率相媲美。以NiO-Y纳米复合材料作为微生物电解池(MEC)阴极，具有高的电催化活性。
Claims (10)
1.一种用于制备微生物电解池阴极电极的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，是以去离子水、氢氧化钠、偏铝酸钠和硅源为原料，按照摩尔比Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=(0.3～1.5)∶(0.2～1.2)∶1∶(40～80)混合形成溶胶，再按m(碳微球)/m(SiO2)=0.15～0.55在所述溶胶中加入碳微球，调节溶胶的pH值至13.5，密闭老化1～9d，升温至80～100℃进行水热静态晶化反应，将反应产物焙烧得到纳米Y分子筛，在所述纳米Y分子筛上浸渍镍盐前驱体水溶液，搅拌至水分完全挥发，干燥、焙烧制备得到所述NiO-Y纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，其特征是所述纳米复合材料中，活性组分NiO的负载量占NiO-Y纳米复合材料的2.5～10wt%。
3.根据权利要求1所述的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，其特征是所述的硅源为白炭黑、水玻璃或硅溶胶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，其特征是所述镍盐前驱体是硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。
5.根据权利要求1所述的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，其特征是调节溶胶的pH值后，将所述溶胶搅拌2～3h后再进行密闭老化。
6.根据权利要求1所述的NiO-Y纳米复合材料的制备方法，其特征是将所述水热静态晶化反应产物和所述浸渍有镍盐前驱体的纳米Y分子筛分别在450～550℃下的空气气氛中焙烧4～6h。
7.以权利要求1～6任一所述制备方法制备得到的NiO-Y纳米复合材料。
8.权利要求7所述NiO-Y纳米复合材料在制备微生物电解池的阴极电极上的应用。
9.一种微生物电解池的阴极电极，是将权利要求7所述NiO-Y纳米复合材料分散于无水乙醇中，滴涂在预处理的碳纸表面，干燥后以Nafion溶液进行固定，得到微生物电解池的阴极电极。
10.根据权利要求9所述的微生物电解池的阴极电极，其特征是所述阴极电极上NiO-Y纳米复合材料的负载量为0.5～1.5mg/cm2。
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Citations (5)
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| CN101190795A (zh) * | 2006-11-21 | 2008-06-04 | 中国石油大学(北京) | 采用固相转化制备NaY分子筛的方法 |
| CN103086398A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-05-08 | 南京工业大学 | 一种合成多孔NaY分子筛微球的方法 |
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