一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法。微生物燃料电池的阴极材料使用碳纳米管，使金属离子发生还原反应，在阴极析出铜单质；包括以下步骤：量取一定量的碳纳米管，把碳纳米管涂布到微生物燃料电池阴极上，微生物燃料电池经过一段时间运行，即可析出铜单质。本发明专利技术的微生物燃料电池制铜新方法，利用碳纳米管降低还原活化电压，使铜离子进行还原反应，同时可以产生发电、处理有机污染物，系统简单,铜的还原率高。

Method for producing heavy metal copper ion by microbial fuel cell

The invention discloses a method for processing heavy metal copper ion by a microbial fuel cell. Cathode microbial fuel cell using the carbon nanotube, the metal ion reduction reaction in cathode copper; comprises the following steps: take a certain amount of carbon nanotubes, the carbon nanotube coating to microbial fuel cell cathode microbial fuel cell, after a period of operation, can precipitate copper. A novel method for producing copper by using microbial fuel cells is disclosed, which uses carbon nanotubes to reduce the reduction activation voltage, to reduce copper ions, and to generate electricity and deal with organic pollutants. The system has simple system and high reduction rate of copper.

【技术实现步骤摘要】
一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法
本专利技术属于微生物燃料电池领域，涉及一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法。
技术介绍
微生物燃料电池(Microbialfuelcell,MFC)是利用微生物作为反应主体，将有机物质的化学能直接转化为电能的一种装置，在废水资源利用方面具有广阔的前景。阴极材料作为电化学反应以及电子传输的重要场所，是能源存储转化器件的重要组成部分，对电化学能源的性能起着至关重要的作用。因此阴极材料对提升微生物燃料电池的性能有着举足轻重的意义。以金属离子作为MFC的阴极电子受体，利用MFC产生的电流代替电解法处理含金属废水技术中的传统电源，实现金属离子的电还原。以碳纳米管为催化剂的阴极微生物燃料电池能有较高的功率输出，廉价易得，能降低阴极反应活化电压，因此具有优良的电学性能。目前研究的微生物燃料电池处理重金属大多使用铂碳为催化剂，但是存在高昂的造价等问题，限制了其在实际中的应用。研究的众多材料为阴极催化剂时的电压、功率密度、耐受Cu(II)浓度都远远低于铂碳。以碳纳米管为催化剂的阴极微生物燃料电池能有较高的功率输出，廉价易得，具有优良的电学性能。
技术实现思路
本专利技术涉及一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法，微生物燃料电池阳极微生物分解有机物，为阴极提供电子和质子，阴极材料采用碳纳米管还原电子，同时碳布吸附铜单质。燃料电池结构简单，回收效率较高。本专利技术采用的技术方案如下：一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法，包括以下步骤：（1）搭建燃料电池装置，阳极放置驯化微生物，阴极使用铁氰化钾溶液，阴极和阳极接通电阻和数据收集器；同时改变外电路电阻值筛选微生物；（2）取碳纳米管20mg加30μL粘合剂加120μL去离子，超声30min，涂布到1*2cm的碳布上；通风干燥24h即可组装到微生物燃料电池阴极上；同时将阴极液铁氰化钾换成硫酸铜溶液；（3）经过一段时间，碳纳米管上有红铜色物质析出，微生物燃料电池产电循环图电压逐渐降低，经150h后，电压变化很小时，取出阴极，用毛刷收集碳纳米管上的沉淀物，经化学方法鉴定，证明沉淀物为铜。所述的步骤(1)，微生物燃料电池采用双室结构，单室装置容量为120ml，两室之间采用质子交换膜隔开。所述的步骤(1)微生物采用驯化污水处理厂中的污泥提供。所述的步骤(1)阴极液为120ml的以铁氰化钾为电子受体的阴极液，K3Fe(CN)6和buffer溶液的物质的量浓度均为0.1M/L。所述的步骤(1)通过更换外电路电阻值从大到小更换对微生物菌群进行筛选，电阻值可依次更换为10000Ω、5000Ω、2000Ω、800Ω、200Ω，20Ω。随着外电路电阻值的降低，电流值逐渐增大,从而达到筛选微生物菌群的目的;每五分钟数据收集器对外电阻电压值进行数据采集。所述的步骤(3)每25h更换一次阳极液，在更换阳极液电压不变时，认为铜离子已经基本还原。本专利技术所述的步骤(1)两室均为碳刷，通过电阻连接。本专利技术所述的步骤(4)当外用电阻约为20Ω时，更换阴极溶液为铜离子溶液，同时将阴极由碳刷碳更换为纳米管材料.本专利技术所述的步骤(5)经过一段时间，碳纳米管上有红铜色物质析出，微生物燃料电池产电循环图电压逐渐降低，经150h后，电压降为零，取出阴极，用毛刷收集碳纳米管上的沉淀物，经化学方法鉴定，证明沉淀物为铜。本专利技术的优点是：利用碳纳米管降低还原活化电压，使铜离子进行还原反应，同时可以发电，处理有机污染物，系统简单,铜的析出效率高，电化学性能好。附图说明图1为本专利技术的微生物燃料电池处理重金属铜离子装置原理图。图2为本专利技术的微生物燃料电池发电循环图。图3：微生物燃料电池碳布与碳纳米管材料极化曲线。在图中，1-碳刷，2-测试孔，3-换液孔，4-阳极，5-测试系统，6-外电阻，7-夹子，8-质子交换膜，9-磁子，10-涂布CNT碳布，11-阴极。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一步说明，但需要说明的是实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限定。图1，为本专利技术的微生物燃料电池处理重金属铜离子原理图,主要由1-碳刷，2-测试孔，3-换液孔，4-阳极，5-测试系统，6-外电阻，7-夹子，8-质子交换膜，9-磁子，10-涂布CNT碳布，11-阴极组成。其特征在于4-阳极和11-阴极之间通过8-质子交换膜隔开使用7-夹子组合在一起构成主体部分，4-阳极上有2-测试孔和3-换液孔，4-阳极里面是1-碳刷位置，4-阳极里面1-碳刷和11-阴极里面10-涂布CNT碳布由6-外电阻连接，6-外电阻连接上接5-测试系统，9-磁子在4-阳极和11-阴极各有一粒，金属接触的缝隙处用AB胶密封。实施案例一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法；其特征在于具体步骤如下：（1）微生物燃料电池采用双室结构，装置容量为120ml，双室之间采用质子交换膜隔开。（2）阳极微生物采用驯化污水处理厂中的污泥微生物。（3）120ml的阴极液以铁氰化钾为电子受体，K3Fe(CN)6和buffer溶液的物质的量浓度均为0.1M/L。（4）通过更换外电路电阻值（从大到小更换）对微生物菌群进行筛选，电阻值可依次更换为10000Ω、5000Ω、2000Ω、800Ω、200Ω，20Ω,随着外电路电阻值的降低，电流值逐渐增大,从而达到筛选微生物菌群的目的;并每五分钟对外电阻电压值进行数据采集。（5）当外用电阻约为20欧姆时，将阴极液换为0.01mol/L的硫酸铜溶液。取20mg碳纳米管加30uLnafion溶液、120uL去离子水，超声震荡30min，涂布到1*2cm的碳布上，通风干燥24h组装到微生物燃料电池阴极上。经过一段时间，碳纳米管上有红铜色物质析出，微生物燃料电池产电循环图电压逐渐降低，经150h后，电压降为零，取出阴极，用毛刷收集碳纳米管上的沉淀物，经化学方法鉴定，证明沉淀物为铜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法，包括以下步骤：（1）搭建燃料电池装置，阳极放置驯化微生物，阴极使用铁氰化钾溶液，阴极和阳极接通电阻和数据收集器；同时改变外电路电阻值筛选微生物；（2）取碳纳米管20mg加30μL粘合剂加120μL去离子，超声30min，涂布到1*2cm的碳布上；通风干燥24h即可组装到微生物燃料电池阴极上；同时将阴极液铁氰化钾换成硫酸铜溶液；（3）经过一段时间，碳纳米管上有红铜色物质析出，微生物燃料电池产电循环图电压逐渐降低，经150h后，电压变化很小时，取出阴极，用毛刷收集碳纳米管上的沉淀物，经化学方法鉴定，证明沉淀物为铜。

【技术特征摘要】
1.一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的制作方法，包括以下步骤：（1）搭建燃料电池装置，阳极放置驯化微生物，阴极使用铁氰化钾溶液，阴极和阳极接通电阻和数据收集器；同时改变外电路电阻值筛选微生物；（2）取碳纳米管20mg加30μL粘合剂加120μL去离子，超声30min，涂布到1*2cm的碳布上；通风干燥24h即可组装到微生物燃料电池阴极上；同时将阴极液铁氰化钾换成硫酸铜溶液；（3）经过一段时间，碳纳米管上有红铜色物质析出，微生物燃料电池产电循环图电压逐渐降低，经150h后，电压变化很小时，取出阴极，用毛刷收集碳纳米管上的沉淀物，经化学方法鉴定，证明沉淀物为铜。2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池处理含重金属铜离子的新方法，其特征在于：所述的步骤(1)，微生物燃料电池采用双室结构，单室装置容量为120ml，两室之间采用质子交换膜隔开。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯旋，刘琪凯，次素琴，王玉生，陈思，付倩，卢恋月，苏晓明，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36