CN109962228B - 用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs - Google Patents

用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs Download PDF

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Abstract

用于微生物燃料电池的Co‑MOF‑GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs，属于微生物燃料电池技术领域。本发明要解决目前MFC阳极存在电势高、功率低、周期短等问题。Co‑MOF‑GO薄膜制备方法：一、将GO加入水中，混匀，依次加入六水合硝酸钴和二甲基咪唑，磁力搅拌，离心后清洗，真空干燥，得到纳米粒子；二、在惰性气体下保温加热，降至室温；三、加入异丙醇和Nafion溶液，分散均匀，四、涂于碳布的两侧，自然干燥。构建的微生物电解电池为H‑型双室MECs。本发明MFCs的最高电压为0.56V，周期长，COD去除率达到79.195％±3.4766％，库伦效率达到9.3151％±0.5416％，最大功率密度为2303mV/m2。

Description

用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建 的MFCs
技术领域
本发明属于微生物燃料电池技术领域；具体涉及用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs。
背景技术
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。微生物燃料电池(MFC)作为利用生物质能的设备，它以细菌为生物催化剂，进行产电，最初在1910年由英国的植物学家Potter首先发现微生物具有产电的功能，并在此基础上提出了MFC的概念，他以大肠杆菌和酵母菌为催化剂，铂为电极成功的获得了电能，到了20世纪80年代末，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了很大的提高，到了2002年随着直接将电子传递给电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物燃料电池，所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。根据微生物燃料电池的工作原理我们可以知道其阳极材料应具有大的比表面积，优良的生物相容性，优异的电化学性能。
MOFs材料自身有着非常大的孔隙率，致使其比表面积很大，ZIF-67可以达到1280m2/g，经过热解后的MOFs原有的立方结构坍塌，形成了球状团聚态，也即石墨化程度进一步加强，增强了自身导电性能，有研究表明氮气保护下加热到800度的Co基MOFs和CNTS结合可以与商用的Pt/C相媲美。但需要注意的是，热解所需要的温度需要控制在一定范围内，根据每种材料的不同，热解所需要的最优温度也不一样，如果热解温度过高，则会导致金属原子互相聚集成体积较大的金属团从而降低导电性能。
发明内容
本发明要解决目前微生物燃料电池阳极电势高，功率低，周期短等问题，而提供了用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs。
为解决上述问题，本发明的用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将氧化石墨烯(GO)加入水中，混匀得到GO悬浊液，依次加入六水合硝酸钴和二甲基咪唑，磁力搅拌，获得紫黑色溶液，离心后用水离心清洗3-5次，再乙醇离心清洗1次，真空干燥，得到Co-MOF-GO纳米粒子；
步骤二、在氮气或者氩气气氛保护下，将步骤一获得的Co-MOF-GO纳米粒子，以4℃/min～8℃/min的升温速率从室温升温到500℃～600℃，保温5h～8h，以升温速率相同的速率降温至室温，得到Co-MOF-GO复合物；
步骤三、向步骤二获得的Co-MOF-GO复合物中加入异丙醇和Nafion溶液，超声处理至完全混合均匀。
步骤四、尔后涂布于经预处理的碳布的两侧，自然干燥；得到Co-MOF-GO薄膜；
进一步地限定，步骤一中所述GO悬浊液的浓度为2mg/mL～4mg/mL，每20mL～35mLGO悬浊液添加0.35g～0.75g六水合硝酸钴和5.05g～5.65g二甲基咪唑。
进一步地限定，步骤一中磁力搅拌的速度控制在300r/min～800r/min；离心速率均为9000r/min～11000r/min；真空干燥的工艺条件：温度为40℃～60℃，真空度为-25kpa～-30kpa，时间为9h～12h。
进一步地限定，步骤三Co-MOF-GO复合物的质量与异丙醇的体积比为(2～2.5)mg∶(20～50)μL。
进一步地限定，步骤三Co-MOF-GO复合物的质量与Nafion溶液的体积比为(2～2.5)mg∶(16～25)μL。
进一步地限定，步骤四中所述碳布的预处理方法如下：碳布置于容器中，加入稀盐酸，浸泡后倒掉稀盐酸，再用蒸馏水冲洗，倒掉蒸馏水，尔后加入丙酮，浸泡后倒掉丙酮，用封口膜封好，在封口膜上扎多个孔，真空干燥，用封口膜封好，备用。
上述方法制得的Co-MOF-GO薄膜构建的MFCs为H-型双室MEC，中间由前处理后的Nafion膜隔开，采用上述制备方法制得的阳极电极作阳极室的阳极材料，采用前处理后的碳刷作阴极室的阴极材料，将由PBS、乙酸钠、维生素溶液和矿物质溶液配置的阳极液通入阳极室，将由氯化钾和铁氰化钾配置的阴极液通入阴极室，通过外加电阻将阴极和阳极连接在一起；完成构建得到微生物电解电池；
其中，所述碳刷前处理的步骤如下：将碳刷的碳布纤维侧用丙酮浸泡30min，取出后放入管式炉中，在200℃～400℃下烧结20min～35min，自然降温至室温，完成碳刷的前处理；
进一步地限定，所述Nafion膜前处理是通过下述步骤完成的：将Nafion膜浸泡于3％H2O2(质量百分浓度为3％的双氧水溶液)中，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min(去除有机杂质)，倒掉3％H2O2，再加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min，倒掉蒸馏水，而后加入浓度为0.5moL/L的H2SO4，放入烘箱中，在70℃～85℃处理20min～35min，倒掉H2SO4，加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min。
进一步地限定，所述阳极液的配置方法如下：向50mg～85mg无水乙酸钠中，加入35mL～70mLPBS溶液，再加入100μL～500μL矿物质溶液和500μL500μL～650μL维生素溶液，充分溶解。
进一步地限定，所述矿物质元素溶液是按下述步骤配置：将1.0g～2.0g氨三乙酸、80mg～100mg硫酸锌、2mg～5mg硫酸镁、5mg～15mg硫酸铜、200mg～700mg硫酸钼5mg～15mg硫酸铝钾、80mg～150mg氯化钠、10mg～30mg硼酸、60mg～100mg硫酸亚铁、100mg～150mg氯化钴、100mg～120mg氯化钙和5mg～25mg钼酸钠混合，加入适量蒸馏水，充分溶解，用饱和氢氧化钠溶液调节pH到6～8，再加入蒸馏水定容至1L，混匀后密封，灭菌处理。
进一步地限定，所述维生素溶液是按下述步骤配置：将0.5mg～1mgβ-甘油、0.5mg～1mg叶酸、1mg～3mg盐酸吡哆醇(辛)、1mg～5mg盐酸硫胺素、1mg～5mg核黄素、1mg～5mg尼克酸、1mg～5mgD-泛酸钙、0.02mg～0.03mg维生素B12、1mg～5mg对氨基苯甲酸和1mg～5mg硫酸混合，加入适量的蒸馏水，充分溶解，再加入蒸馏水定容至0.25L，混匀后密封，灭菌处理。
进一步地限定，所述阴极液的配置方法如下：将200mg～300mg氯化钾和800mg～1000mg铁氰化钾混合后，加入50ml～60ml蒸馏水，充分溶解。
本发明中以热解后的Co-MOF-GO作为阳极电极材料，是由碳布电极及涂覆的热解后的Co-MOF-GO复合材料构成，加强了电极材料的石墨化程度从而降低电子转移阻力，促进细菌与电极之间的联系，从而提高MFC产电率。本发明利用了MOFs材料的高比表面积结构以及其良好的生物相容性，有利于微生物在电极表面的大量富集，从而提高MFC产电率。
以本发明阳极电极构成的双室型微生物燃料电池的最高电压为0.56V，单个循环周期达到7.5天，持续70天仍处于稳定状态；
本发明阳极电极构成的双室型微生物燃料电池电最大功率密度为2303mv/m2。
本发明阳极具有良好的生物相容性。
本发明的COD去除率可达到79.195％±3.4766％。
本发明的库伦效率可达到9.3151％±0.5416％。
附图说明
图1是Co-MOF-GO热解550℃后TEM图；
图2是Co-MOF-GO热解后的XRD D/MAX-RB图；
图3是时间电压曲线图；
图4是功率密度和极化曲线图；
图5是培养70天后细菌附着的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1:
本实施例中用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、Co-MOF-GO纳米粒子的制备：在50mL的烧杯，加入20ml的2mg/ml GO水溶液，分别加入0.35g六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和5.05g二甲基咪唑(C4H6N2)，在300-600r/min速率条件下磁力搅拌反应3小时，获得紫黑色溶液，以10000r/min转速进行离心，固体用水离心清洗三次，再用乙醇离心清洗一次，真空干燥，得到紫黑色Co-MOF-GO纳米粒子；
步骤二、然后抽真空后通入氮气，以5℃/min的升温速率从20℃升到550℃，在550℃条件下持续6h，以5℃/min的降温速率降温到室温，得到Co-MOF-GO复合物；
步骤三、向步骤二获得的Co-MOF-GO复合物中加入50μL异丙醇和入20μL为Nafion溶液，超声处理至完全溶解，得到混合物A，
步骤三、碳布的预处理方法：用剪刀把碳布剪成1×1cm2大小，然后把碳布放在50mL的烧杯中，加入30mL的质量浓度为10％的稀HCl并浸泡15min，倒掉稀HCl溶液，用蒸馏水冲洗几次，把蒸馏水倒掉，再加入15mL丙酮并浸泡15min，倒掉丙酮溶液，用封口膜把烧杯封好，有注射器针头扎一些孔，最后放入真空干燥箱中，在真空度为-25kpa、温度为40℃下真空干燥9h，干燥后用封口膜封好，备用，将步骤三获得的混合物A涂布于经预处理的碳布的两侧，自然干燥；得到所述Co-MOF-GO薄膜。
实施例2：采用实施例1所述制备方法制得的Co-MOF-GO薄膜构建的微生物燃料电池(MFCs)：
一、所需材料预处理：
碳刷前处理方法：把10个碳刷的碳布纤维侧朝下装入0.5L的烧杯中，然后加入0.45L的丙酮，浸泡30min后，取出后直接放入到大管式炉中，再350℃下烧结30min，自然降温到室温后取出放在0.5L烧杯中，用封口膜封好，备用。
Nafion膜的前处理方法：将10×10cm2的Nafion膜平均分成9份，将裁剪好的Nafion膜放入100mL烧杯中，加入100mL3％H2O2，放入烘箱中，在80℃下处理30min，去除有机杂质；把100mL3％H2O2倒掉，加入100mL蒸馏水，放入烘箱中，在80℃下处理30min；再把100mL倒掉，加入0.5moL/LH2SO4,放入烘箱中，在80℃下处理30min；最后把100mL 0.5moL/LH2SO4倒掉，加入100mL蒸馏水，放入烘箱中，在80℃下处理30min。全部处理完后，把里面的液体倒掉，加入新的蒸馏水，用封口膜封好，备用。
所述3％H2O2是指质量百分浓度为3％的双氧水溶液。
本实施例所构建的微生物燃料电池为H-型双室MEC，中间由前处理后的全氟磺酸离子膜隔开，50mL的双耳式玻璃瓶为反应器，采用实施例1所述制备方法制得的Co-MOF-GO薄膜作阳极室的阳极材料，采用前处理后的碳刷作阴极室的阴极材料，将由PBS、乙酸钠、微量生素溶液和矿物质溶液配置的阳极液通入阳极室，将由氯化钾和铁氰化钾配置的阴极液通入阴极室，通过外加1000Ω电阻将阴极和阳极连接在一起；完成构建得到微生物电解电池；电压变化以多数据采集通道记录.
其中，所述矿物质元素溶液配方：精密称量1.5g氨三乙酸(Nitrilo TrialeticAcid，NTA)、100mg硫酸锌(ZnSO4·7H2O)、3mg硫酸镁(MgSO4·7H2O)、10mg硫酸铜(CuSO4·5H2O)、500mg硫酸钼(MuSO4·H2O)、10mg硫酸铝钾(AlK(SO4)2·12H2O)、100mg氯化钠(NaCl)、10mg硼酸(H3BO3)、100mg硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、100mg氯化钴(CoCl2·7H2O)、100mg氯化钙(CaCl2)和10mg钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)于0.25L烧杯中，加入适量的蒸馏水并搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解，用饱和氢氧化钠(NaOH)溶液调节pH到8左右，移至1L容量瓶中加水到标线。混匀后转移至六个0.25L锥形瓶中并封口，在灭菌锅中进行灭菌处理。
所述维生素溶液：精密称量0.5mgβ-甘油、0.5mg叶酸、2.5mg盐酸吡哆醇(辛)、1.25mg盐酸硫胺素、1.25mg核黄素、1.25mg尼克酸(烟酸)、1.25mgD-泛酸钙、0.025mg维生素B12、1.25mg对氨基苯甲酸和1.25mg硫酸锌于100mL烧杯中，加入适量的蒸馏水并搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解，移至0.25L容量瓶中加水到标线。混匀后转移至两个0.25L锥形瓶中并封口，在灭菌锅中进行灭菌处理。
所述阴极液配方：精密称量223.5mg氯化钾(KCl)和984mg铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])于100mL烧杯中，加入60mL蒸馏水并搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解。
所述阳极液配方：精密称量80mg无水乙酸钠(CH3COONa)于100mL烧杯中，加入60mLPBS溶液，再用移液枪移取200μL矿物质和500μL维生素溶液(移液枪头预先在灭菌锅中进行灭菌处理)，搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解。
采用下述试验验证发明效果：
1.COD及CE的测定
电压下降到50mV以下时，取出水4mL左右，然后倒出出水，直至阳极测容器剩余20mL左右的溶液，再加入40mL阳极液，取换水后的进水2mL左右，标记好放入冰箱冷冻。当要测COD时，把样品先从冰箱里拿出来解冻，至完全融化后用0.45μm的微孔滤膜过滤。取滤过后的出水3mL稀释至6mL，取滤过后的进水1.5mL稀释至6mL，混合均匀。取2mL的混合水样加入10mL的消解管，再加入用于掩蔽水中的氯离子的硫酸汞40mg，用1mL的移液枪移取1mL重铬酸钾标准溶液和3mLH2SO4-Ag2SO4溶液于消解管中，摇晃使之混合均匀后，在烘箱中150℃反应120min。待温度降至室温，摇晃均匀后移至0.1L锥形瓶中，消解管用10mL蒸馏水分两次冲洗，并将冲洗后的溶液也转移至锥形瓶中。冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液并摇晃均匀，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，由黄经由蓝绿达到红褐色时为终点，记录滴定消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积。
重铬酸钾标准溶液的配方：首先取一定量的优质重铬酸钾放在表面皿上，放入烘箱中，120℃下烘干120min，精密称量3064.5mg干燥好的优质重铬酸钾，于0.1L的烧杯中并加入60mL蒸馏水搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解。移至0.25L棕色容量瓶中加水到标线，混匀贮存于棕色广口瓶中。(浓度为0.2500mol/L)
试亚铁灵指示液的配方：精密称量742.5mg邻菲罗啉(C12H8N2·H2O)和347.5mg硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，于50mL烧杯中并加入20mL蒸馏水搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解。移至50mL棕色容量瓶中加水到标线，混匀贮存于棕色广口瓶中。
硫酸亚铁铵标准液的配方：精密称量1975mg硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2·6H2O)，于100mL烧杯中加入80mL蒸馏水并搅拌均匀，如果有未溶解的超声直至全部溶解，滴加10mL浓硫酸(搅拌)。至室温后移至0.5L棕色容量瓶中加水到标线，混匀贮存于棕色广口瓶中。(浓度为0.01mol/L，现配现用，如果之前配好用前用重铬酸钾标准溶液标定)
硫酸-硫酸银(H2SO4-Ag2SO4)溶液配方：精密称量5g硫酸银于0.5L棕色瓶中，向其加入0.5L浓硫酸，在之后的两天内每隔几个小时摇晃棕色瓶使白色硫酸银溶解。
有机物转化为电能的部分与总电能的百分比我们称为库仑效率(Coulombicefficiency，CE)，也可称为电子回收率，所以也可以说是回收的电子与有机物能提供的电子的百分比，计算公式如式1-1所示：
Figure BDA0002029697550000071
式中CE为库仑效率；QEX为实际库仑量，单位为C；QTH为理论库仑量，单位为C。
对于间歇流的微生物燃料电池来说，QEX为单个电池在一个周期内电流在0～t时刻的定积分值，如式1-2所示：
Figure BDA0002029697550000072
式中QEX为实际库仑量，单位为C；I为电池，单位为A；U为电压，单位为U；Rex为负载电阻，单位为Ω。
用化学需氧量(COD)来计算微生物燃料电池的理论库仑量，计算公式如式1-3所示：
Figure BDA0002029697550000073
式中QTH为理论库仑量，单位为C；ΔCOD为COD去除量，单位为g/L；VA为阳极液体积，单位为m3；Mo2为以氧为标准的有机物的摩尔质量，32g/mol；b为以氧为标准的氧化1mol有机物转移的电子数，4mole-/mol；F为Faraday常数，为96485C/mol。
新的CE的计算公式是把1-3和式1-2代入式1-1可得到的，如式1-4所示：
Figure BDA0002029697550000074
COD的计算方法如式1-5所示：
Figure BDA0002029697550000075
式中COD为化学需氧量，单位为mg/L；C为硫酸亚铁铵溶液的浓度，单位为mol/L；V0为滴定蒸馏水所消耗的硫酸亚铁铵溶液体积，单位为mL；V1为滴定样品时所消耗的硫酸亚铁铵溶液体积，单位为mL；V为水样体积，单位为mL。
ΔCOD的计算方法如式1-6所示：
ΔCOD＝CODi-CODo (1-6)
式中ΔCOD为COD去除量，单位为g/L；CODi为进水的COD，单位为g/L；CODo为出水的COD，单位为g/L。经过计算得到COD去除率达到79.195％±3.4766％，库伦效率达到9.3151％±0.5416％。可以说明本发明在将有机物中的能量转换为电能的能量转化方面有着优异的性能。
Co-MOF-GO热解550℃后TEM图由图1所示，由图1可知，热解后的Co-MOF-GO复合材料中，Co单质及Co的氧化物纳米粒子均匀分散在石墨烯片层结构中。
Co-MOF-GO热解后的XRD D/MAX-RB图由图2所示，由图2可知，热解后的Co-MOF-GO中含有Co的氧化物和单质Co的存在。
时间电压曲线图由图3所示，从图3曲线我们可以看到Co-MOF-GO为阳极的微生物燃料电池的最高电压为0.56V，单个循环周期达到7.5天，并且持续70天仍处于稳定状态。
功率密度和极化曲线图由图4所示，从图4中可以看出最大功率密度在2303mW/m2。
培养70天后细菌附着的扫描电镜图由图5所示，从图5可知，经过周期循环后细菌附着在电极表面，证明电极有着良好的生物相容性。

Claims (10)

1.微生物燃料电池阳极室的阳极的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将氧化石墨烯GO加入水中，混匀得到GO悬浊液，依次加入六水合硝酸钴和二甲基咪唑，磁力搅拌，获得紫黑色溶液，离心后用水离心清洗3-5次，再用乙醇离心清洗1次，真空干燥，得到Co-MOF-GO纳米粒子；
步骤二、在氮气或者氩气气氛保护下，将步骤一获得的Co-MOF-GO纳米粒子，以4℃/min~8℃/min的升温速率从室温升温到500℃~600℃，保温5h~8h，以与升温速率相同的速率降温至室温，得到热解后的Co-MOF-GO复合物，在热解后的Co-MOF-GO复合物中Co单质及Co的氧化物纳米粒子均匀分散在石墨烯片层结构中；
步骤三、向步骤二获得的热解后的Co-MOF-GO复合物中加入异丙醇和Nafion溶液，超声处理至完全混合均匀，
步骤四、然后涂布于经预处理的碳布的两侧，自然干燥；得到微生物燃料电池阳极室的阳极。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极室的阳极的制备方法，其特征在于步骤一中所述GO悬浊液的浓度为 2mg/mL~4mg/mL，每20mL~35mLGO悬浊液添加0.35g~0.75g六水合硝酸钴和5.05g~5.65g二甲基咪唑。
3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极室的阳极的制备方法，其特征在于步骤一中磁力搅拌的速度控制在300r/min~800r/min；离心速率均为9000r/min~11000r/min；真空干燥的工艺条件：温度为40℃~60℃，真空度为-25kpa~-30kpa，时间为9h~12h。
4.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极室的阳极的制备方法，其特征在于步骤三中热解后的Co-MOF-GO复合物的质量与异丙醇的体积比为（2~2.5）mg∶（20~50）μL ；步骤三中热解后的Co-MOF-GO复合物的质量与Nafion溶液的体积比为（2~2.5）mg∶（16~25）μL。
5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极室的阳极的制备方法，其特征在于步骤四中所述碳布的预处理方法如下：碳布置于容器中，加入稀盐酸，浸泡后倒掉稀盐酸，再用蒸馏水冲洗，倒掉蒸馏水，然后加入丙酮，浸泡后倒掉丙酮，用封口膜封好，在封口膜上扎多个孔，真空干燥，用封口膜封好，备用。
6.如权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的阳极构建的微生物燃料电池，其特征在于所构建的微生物燃料电池为H-型双室结构，中间由前处理后的Nafion膜隔开，采用权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的阳极作阳极室的阳极，采用前处理后的碳刷作阴极室的阴极材料，将由PBS溶液、无水乙酸钠、维生素溶液和矿物质溶液配置的阳极液通入阳极室，将由氯化钾和铁氰化钾配置的阴极液通入阴极室，通过外加电阻将阴极和阳极连接在一起；完成构建得到微生物燃料电池；
其中，所述碳刷前处理的步骤如下：将碳刷的碳布纤维侧用丙酮浸泡30min，取出后放入管式炉中，在200℃~400℃下烧结20min~35min，自然降温至室温，完成碳刷的前处理；
所述Nafion膜前处理是通过下述步骤完成的：将Nafion膜浸泡于3%H2O2中，置于烘箱中，在70℃~85℃下处理20min~35min，倒掉3%H2O2，再加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃~85℃下处理20min~35min，倒掉蒸馏水，然后加入浓度为0.5moL/L的H2SO4，放入烘箱中，在70℃~85℃处理20min~35min，倒掉H2SO4，加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃~85℃下处理20min~35min，倒掉液体，即完成Nafion膜的前处理。
7.根据权利要求6所述的微生物燃料电池，其特征在于所述阳极液的配置方法如下：向50mg~85mg无水乙酸钠中，加入35mL~70mLPBS溶液，再加入100μL~500μL矿物质溶液和500μL~650μL维生素溶液，充分溶解。
8.根据权利要求7所述微生物燃料电池，其特征在于所述矿物质溶液是按下述步骤配置：将1.0g~2.0g氨三乙酸、80mg~100mg硫酸锌、2mg~5mg硫酸镁、5mg~15mg硫酸铜、200mg~700mg硫酸钼、5mg~15mg硫酸铝钾、80mg~150mg氯化钠、10mg~30mg硼酸、60mg~100mg硫酸亚铁、100mg~150mg氯化钴、100mg~120mg氯化钙和5mg~25mg钼酸钠混合，加入适量蒸馏水，充分溶解，用饱和氢氧化钠溶液调节pH到6~8，再加入蒸馏水定容至1L，混匀后密封，灭菌处理。
9.根据权利要求7所述的微生物燃料电池，其特征在于所述维生素溶液是按下述步骤配置：将0.5mg~1mg β-甘油、0.5mg~1mg叶酸、1mg~3mg盐酸吡哆醇、1mg~5mg盐酸硫胺素、1mg~5mg核黄素、1mg~5mg尼克酸、1mg~5mg D-泛酸钙、0.02mg~0.03mg维生素B12、1mg~5mg对氨基苯甲酸和1mg~5mg硫酸混合，加入适量的蒸馏水，充分溶解，再加入蒸馏水定容至0.25L，混匀后密封，灭菌处理。
10.根据权利要求6所述的微生物燃料电池，其特征在于所述阴极液的配置方法如下：将200mg~300mg氯化钾和800mg~1000mg铁氰化钾混合后，加入50ml~60ml蒸馏水，充分溶解。
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