一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，包括泡沫镍基板和纳米复合催化剂，所述纳米复合催化剂通过粘合剂均匀分布于泡沫镍基板上，所述粘合剂为硝酸镍溶液和聚四氟乙烯浊液的混合物。本发明专利技术利用表面活性剂对泡沫镍基板进行预处理，使得泡沫镍基板表面含有氧化石墨烯和镍钼合金的，使得泡沫镍基板表面具有形貌均匀、比表面积大、电化学性能好、析氢过电位低等优点，然后再粘附有纳米复合催化剂，使得纳米复合催化剂的含量较多，而且纳米复合催化剂中的纳米氧化镍能够与粘合剂中的硝酸镍形成微

【技术实现步骤摘要】
一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微生物电解池
，具体为一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会不断发展，人们需求的能源也越来越多。而获取能源的过程也形成了很多环境污染问题。因此，开发生成绿色可再生能源并减少能源使用过程造成的环境污染的新技术已迫在眉睫。而在这其中，氢气作为清洁高效的能源愈发受关注，目前制氢的方法很多，微生物电解池(MEC)是其中之一。微生物电解池是极具有前景的通过微生物回收能源的方法，并且能快速降解污染物。但同时这种技术目前面临着应用障碍，而当前的技术瓶颈问题主要在于如何进一步降低阴极造价和提高阴极氢气回收率并扩大反应器，这两点是该技术在未来能否成功实现工业化和商业化的关键。
[0003]微生物电解池自诞生以来不断发展，其中单室微生物电解池由双室微生物电解池发展而来，它的造价较低、结构简单、反应器启动与运行相对容易，结构也更为合理和实用，为推进微生物电解池规模化和产业化奠定反应器基础。但阴极氢气回收率仍然是限制微生物电解池应用的一大因素，而阴极材料的析氢电位影响着阴极的氢气回收情况。碳布是应用最广泛的基材材料，而金属铂是应用于微生物电解池中较好的催化剂，但价格较贵，于是近年来有许多廉价基材如碳纸、碳毡、不锈钢网、泡沫材料等有逐步取代传统电极材料碳布的趋势，使得目前微生物电解池的造价大幅度降低，但对于产气效率和产气量还有很大的提高空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，包括泡沫镍基板和纳米复合催化剂，所述纳米复合催化剂通过粘合剂均匀分布于泡沫镍基板上，所述粘合剂为硝酸镍溶液和聚四氟乙烯浊液的混合物。
[0006]在一种优选的实施方式中，所述泡沫镍基板的孔径为100
‑
200um，所述泡沫镍基板的厚度为2
‑
3mm。
[0007]在一种优选的实施方式中，所述纳米复合催化剂为纳米硒和纳米氧化镍，且所述纳米硒和纳米氧化镍的重量比为1：(0.5
‑
0.8)，所述纳米硒的纯度为99.99％以上，所述纳米硒和纳米氧化镍的尺寸范围为20
‑
60nm。
[0008]在一种优选的实施方式中，所述粘合剂中硝酸镍溶液和聚四氟乙烯浊液的重量比为1：(2.4
‑
3.6)，所述硝酸镍溶液的浓度为15
‑
35％，所述聚四氟乙烯浊液的浓度为20
‑
40％。
[0009]在一种优选的实施方式中，所述泡沫镍基板上纳米复合催化剂的含量为0.4
‑
0.5g/cm2。
[0010]一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：选取尺寸适宜的泡沫镍基板，并对泡沫镍基板进行清洗，清洗过后将泡沫镍基板放置于表面活性剂中处理30
‑
60min，处理完成后进行干燥处理，干燥完成后进行电晕处理得到泡沫镍基板A；
[0012]步骤二：将称取的纳米复合催化剂混合均匀后放置于偶联剂中浸泡5
‑
8min，浸泡完成后将纳米复合催化剂均匀涂抹在泡沫镍基板A上；
[0013]步骤三：将称取的粘合剂混合均匀，然后均匀的涂覆在纳米复合催化剂外侧，涂覆完成后进行干燥得到微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料。
[0014]在一种优选的实施方式中，所述步骤一中对泡沫镍清洗时依次采用丙酮、去离子水、乙醇超声清洗，每种清洗液均清洗2
‑
3次，所述步骤一中干燥处理时温度为50
‑
70℃。
[0015]在一种优选的实施方式中，所述步骤一中表面活性剂包括以下重量份的组分：氧化石墨烯60
‑
80份、N,N
‑
二甲基甲酰胺60
‑
120份和镍钼合金20
‑
50份，所述表面活性剂的制备方法为：将氧化石墨烯超声分散于N,N
‑
二甲基甲酰胺，将镍钼合金进行球磨粉碎、筛选，得到纳米镍钼合金微粒，将纳米镍钼合金颗粒放入分散液中搅拌混合均匀即可，所述步骤一中泡沫镍基板浸泡于表面活性剂时采用超声辅助处理。
[0016]在一种优选的实施方式中，所述步骤二中偶联剂为硅烷偶联剂，所述步骤二中纳米复合催化剂浸泡于硅烷偶联剂时温度为60
‑
80℃。
[0017]在一种优选的实施方式中，所述步骤三中泡沫镍基板上粘合剂的涂覆含量为0.6
‑
1.2g/cm2，所述步骤三中干燥温度为50
‑
70℃。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0019]1、本专利技术所使用到的泡沫镍材料属于新型泡沫材料，价格低廉，属于无毒无害或低毒性原料，对环境污染小，除了能应用于电化学领域，泡沫镍还能用作电池行业、催化行业等，而且泡沫镍作为一种多孔金属，具有孔隙度高、孔径可控范围宽、流体透过性能好、性能稳定且机械强度高等优点，以纳米硒和纳米氧化镍作为催化剂修饰泡沫镍基板，纳米硒和纳米氧化镍的颗粒直径很小，附着在具有三维骨架结构的泡沫镍基板上时，所制得复合阴极材料具有比表面积大、活性位点多、污染物去除效率高、析氢效果好等优点；
[0020]2、本专利技术利用表面活性剂对泡沫镍基板进行预处理，使得泡沫镍基板表面含有氧化石墨烯和镍钼合金的，使得泡沫镍基板表面具有形貌均匀、比表面积大、电化学性能好、析氢过电位低等优点，然后再粘附有纳米复合催化剂，使得纳米复合催化剂的含量较多，而且纳米复合催化剂中的纳米氧化镍能够与粘合剂中的硝酸镍形成微
‑
介孔多级孔道结构，使得总比表面积增加，从而使得活性位点增多，提高析氢效果。
附图说明
[0021]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0022]图1是本专利技术使用的纳米硒在SEM下的实物图；
[0023]图2是本专利技术实施例1在SEM下的实物图；
[0024]图3是本专利技术实施例4在SEM下的实物图；
[0025]图4是本专利技术空白泡沫镍板、实施例1和实施例4生产的泡沫镍板X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1：
[0028]本专利技术提供一种微生物电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，其特征在于：包括泡沫镍基板和纳米复合催化剂，所述纳米复合催化剂通过粘合剂均匀分布于泡沫镍基板上，所述粘合剂为硝酸镍溶液和聚四氟乙烯浊液的混合物。2.根据权利要求1所述的一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，其特征在于：所述泡沫镍基板的孔径为100
‑
200um，所述泡沫镍基板的厚度为2
‑
3mm。3.根据权利要求1所述的一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，其特征在于：所述纳米复合催化剂为纳米硒和纳米氧化镍，且所述纳米硒和纳米氧化镍的重量比为1：(0.5
‑
0.8)，所述纳米硒的纯度为99.99％以上，所述纳米硒和纳米氧化镍的尺寸范围为20
‑
60nm。4.根据权利要求2所述的一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，其特征在于：所述粘合剂中硝酸镍溶液和聚四氟乙烯浊液的重量比为1：(2.4
‑
3.6)，所述硝酸镍溶液的浓度为15
‑
35％，所述聚四氟乙烯浊液的浓度为20
‑
40％。5.根据权利要求1所述的一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料，其特征在于：所述泡沫镍基板上纳米复合催化剂的含量为0.4
‑
0.5g/cm2。6.一种微生物电解池的泡沫镍基复合阴极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：选取尺寸适宜的泡沫镍基板，并对泡沫镍基板进行清洗，清洗过后将泡沫镍基板放置于表面活性剂中处理30
‑
60min，处理完成后进行干燥处理，干燥完成后进行电晕处理得到泡沫镍基板A；步骤二：将称取的纳米复合催化剂混合均匀后放置于偶联剂中浸泡5

【专利技术属性】
技术研发人员：何宽畅，吕斯濠，李威，林辉，杨立辉，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：