CN107394217A - 一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 - Google Patents
一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107394217A CN107394217A CN201710594052.XA CN201710594052A CN107394217A CN 107394217 A CN107394217 A CN 107394217A CN 201710594052 A CN201710594052 A CN 201710594052A CN 107394217 A CN107394217 A CN 107394217A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doped
- biomass
- nitrogen
- phosphorus
- carbon
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims description 3
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 title claims 3
- 230000000802 nitrating effect Effects 0.000 title 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 9
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 17
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims 2
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9091—Unsupported catalytic particles; loose particulate catalytic materials, e.g. in fluidised state
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用。该方法包括以下步骤：以蜂窝生物质为基底，预处理后，分别在600℃、700℃和800℃条件下，惰性气氛下烧制成碳材料，以蜂窝为碳源，三聚氰胺和1，2‑乙烯基二磷酸分别为氮源和磷源，按一定比例混合掺杂，在反应釜中100oC条件下水热5 h，成功制备出氮磷掺杂碳N/P‑C的半球形孔状微生物阴极材料。本发明的优点是：提高微生物阴极氧还原催化活性和具有更优秀的循环稳定性，达到即能降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应，而且提供的电能供应其他领域的需要。
Description
技术领域
本发明涉及掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用。
背景技术
由于全球化石能源短缺以及由化石能源开采和使用过程中对环境造成巨大危害，因此探索可再生环境友好型新能源迫在眉睫。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，MFCs）作为一个崭新且富有挑战的领域，是一个能够实现能量转换并具有产能的装置。它可将复杂有机生物质中蕴含的化学能直接转化成电能（即实现有机水处理，又将废水中的有机质能量转化成可利用的电能），因此引起全世界的广泛关注，近十年取得了较快的研究进展。然而，因此，微生物燃料电池还远远难以满足实际生产或生活电源的要求，为使MFCs的产电功率和输出电压得到提升，以下关键技术有待解决：反应器构型、接种物来源、底物种类、质子交换膜及电极材料等[1、2] 。其中，阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbialfuel cell,MFC)性能的关键要素。对氧还原阴极材料进行深入的研究对于MFC的发展以及未来的工业化应用具有重要意义。本研究以氧还原反应途径的原理为基础,对掺氮掺磷生物质碳材料作为MFC氧还原阴极催化剂进行研究。
尽管,铂基催化剂的ORR催化活性最好,但是它们有一些缺点如价格昂贵、电子动力学转移速率慢、碱性条件下易团聚,这阻碍了其广泛商业化。近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂。一些新型的微孔碳载铁基催化剂和铂基催化剂的ORR催化性能相当。根据已有报道，通过掺杂氮、硼、磷、硫以及齒族元素等可提高碳基材料的催化活性，其中氮掺杂碳材料尤其被广泛研究[3-5]。我们的目标是合成新型高催化活性的N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应。为了提高掺氮掺磷碳基材料对ORR的催化活性，我们以蜂窝为碳源，三聚氰胺为氮源[8]，1，2--乙烯基二磷酸为磷源，发明了一种氮、磷掺杂生物质碳(N/P-C)半圆多孔状复合材料。采用循环伏安法和电化学阻抗法研究N/P-C催化电极对氧还原反应的催化活性。因其具有能降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应，可使微生物燃料电池的功率密度得到显著提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用，其提供一种微生物阴极氧还原反应催化剂，提高微生物阴极氧还原催化活性和具有更优秀的循环稳定性，达到即能降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应，而且提供的电能供应其他领域的需要。
本发明采用的技术方案是：一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，以生物质为碳基底，生物质为蜂窝，掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料；其特征在于包括以下步骤：
（1）生物质碳材料的生成；
a.生物质的预处理：以蜂窝为碳源，在500mg/L Na2CO3溶液中浸泡1h，抽滤，用去离子水冲洗后，60℃真空干燥12h，待用；
b.生物质碳材料的生成：预处理后的生物质，放入瓷盅里，在管式炉中煅烧，通入氩气，从常温，以3℃/min分别升温到600℃、700℃和800℃三个不同的温度，分别在每个最高温度下保持5h；自然冷却至室温，在三种不同的温度下烧制，得到三种不同温度下烧制的生物质碳材料；取出后为黑色固体，研磨，待用；
（2）掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料的合成；
c.生物质碳材料的氧化：将（1）中最终生成的黑色固体，在19wt%HCl溶液中浸泡10min，抽滤、真空干燥；用10wt%HNO3溶液浸泡10min后，抽滤，真空干燥，再用65wt%HNO3氧化40min，抽滤、真空干燥，待用。
d.氮、磷原子的掺杂：将氧化后的生物质碳材料与三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸按质量比5：5：1混合，将混合物放入50ml的超纯水中，在100ml反应釜内，100℃条件下反应5h，抽滤，真空干燥后，即得到生物质为碳基底的掺氮、磷杂原子的N/P-C复合材料。
2. 掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料在微生物燃料电池阴极方面的应用，包括以下步骤：
（1）掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料在微生物燃料电池阳极方面的应用：将上述1中合成的不同温度条件下烧制的掺氮、掺磷生物质碳复合材料相应的溶剂和粘接剂混合制作成浆液涂到长宽为2*1cm碳布上制作成微生物燃料电池阴极，在室温为30℃左右条件下，与涂有20%Pt/C材料的碳布一起组装到阴极室，与培养好的生物阳极组装成微生物燃料电池，在碱性条件下，阴极发生氧还原反应（ORR）。通过电压数据采集器，每五分钟采集一次外电阻电压值，根据外电阻电压值的变化，定期更换阳极微生物生长所需营养液。在微生物培养液中进行电化学相关性能的测试。
3．根据权利要求1所述的一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，其特征在于：所述步骤a中对生物质蜂窝预处理需要用弱碱是500mg/L Na2CO3溶液。
4．根据权利要求1所述的一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，其特征在于：b特征在于惰性气体为Ar气或者N2。
5.根据权利要求1所述的方法，其（1）b特征在于煅烧温度分别为600℃、700℃和800℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其（2）c特征在于生物质碳材料的氧化步骤，依次用19wt%HCl、10wt%HNO3和65wt%HNO3溶液进行处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其（2）d特征在于将氧化后的生物质碳材料与三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸按质量比5：5：1。
8．根据权利要求1所述的方法，其（2）d特征在于混合物在反应釜中的反应时间为1h。
9. 根据权利要求2所述的微生物燃料电池的搭建，其特征在于：其（1）步骤中所述的阳极培养液中的PH值为中性，在阴极液中的PH值为碱性，阴阳极之间使用双极性膜。
10. 根据权利要求2所述的微生物燃料电池阳极培养，其特征在于：其（1）步骤中所述的更换外电路电阻值，筛选出能够抗高电流通过的微生物菌群。
本发明的优点是：以蜂窝生物质为碳源，三聚氰胺为氮源，1，2-乙烯基二磷酸，发明了一种掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料，因其具有较好的微生物阴极氧还原催化活性和具有更优秀的循环稳定性，达到即能降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,一方面促进阴极氧还原反应，降低了阴极活化过电势，另一方面可使微生物燃料电池的功率密度得到显著提高，提供的电能供应其他领域的需要。
附图说明
图1是本发明的掺氮、掺磷生物质碳材料的SEM图。
图2是本发明的掺氮、掺磷生物质碳材料在碱性溶液中ORR反应的CV曲线图。
图3是本发明的掺氮、掺磷生物质碳材料用于微生物燃料电池阴极ORR反应的电压-电流-时间图。
图4是本发明的掺氮、掺磷生物质碳材料与20%Pt/C材料用于微生物燃料电池阴极氧还原反应催化剂的交流阻抗对比图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明，但需要说明的是实施例并不构成对本发明要求保护范围的限定。
实施案例
1.生物质碳材料的生成；
（1）生物质的预处理：以蜂窝为碳源，在500mg/L Na2CO3溶液中浸泡1h，抽滤，用去离子水冲洗后，60℃真空干燥12h，待用。
（2）生物质碳材料的生成：预处理后的生物质，放入瓷盅里，在管式炉中煅烧，通入氩气，从常温，以3℃/min分别升温到600℃、700℃和800℃三个不同的温度，分别在每个最高温度下保持5h。自然冷却至室温。在三种不同的温度下烧制，得到三种不同温度下烧制的生物质碳材料。取出后为黑色固体，研磨，待用。
2.掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料的合成；
（1）生物质碳材料的氧化：将1中最终生成的黑色固体，在19wt%HCl溶液中浸泡10min，抽滤、真空干燥；用10wt%HNO3溶液浸泡10min后，抽滤，真空干燥，再用65wt%HNO3氧化40min，抽滤、真空干燥，待用。
（2）氮、磷原子的掺杂：将氧化后的生物质碳材料与三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸按质量比5：5：1混合，分别称取生物质碳材料、三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸0.1g、0.1g和0.02g，将以上三种物质的混合物浸入50ml的超纯水中，在100ml的反应釜内，100℃条件下反应5h，抽滤，真空干燥后，即得到生物质为碳基底的半球形多孔状掺氮、磷杂原子的N/P-C复合材料，形貌如附图1所示。
3.将不同温度条件下烧制的掺氮、掺磷生物质碳复合材料相应的溶剂和粘接剂混合制作成浆液涂到长宽为2*1cm碳布上制作成微生物燃料电池阴极，与涂有20%Pt/C材料的碳布一起组装到阴极室，与培养好的生物阳极组装成微生物燃料电池，在碱性条件下，阴极发生氧还原反应（ORR）。在微生物培养液中进行电化学性能测试，测试结果与同阴极室涂有20%Pt/C材料的碳布电极作比较，微生物培养电压-电流-时间曲线的测试结果如图2所示。
Claims (10)
1.一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，以生物质为碳基底，生物质为蜂窝，掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料；其特征在于包括以下步骤：
（1）生物质碳材料的生成；
a.生物质的预处理：以蜂窝为碳源，在弱碱溶液中浸泡1h，抽滤，用去离子水冲洗后，60℃真空干燥12h，待用；
b.生物质碳材料的生成：预处理后的生物质，放入瓷盅里，在管式炉中煅烧，在惰性气氛下，从常温，以3℃/min分别升温到三个不同的温度，分别在每个最高温度下保持5h；自然冷却至室温，在三种不同的温度下烧制，得到三种不同温度下烧制的生物质碳材料；取出后为黑色固体，研磨，待用；
（2）掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料的合成；
c.生物质碳材料的氧化：将（1）中最终生成的黑色固体，在HCl溶液中浸泡10min，抽滤、真空干燥；用HNO3溶液浸泡10min后，抽滤，真空干燥，再用HNO3氧化40min，抽滤、真空干燥，待用；
d.氮、磷原子的掺杂：将氧化后的生物质碳材料与三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸按一定的质量比混合，将混合物放入50ml的超纯水中，在100ml反应釜内，100℃条件下反应一定时间，抽滤，真空干燥后，即得到生物质为碳基底的掺氮、磷杂原子的N/P-C复合材料。
2.掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料在微生物燃料电池阴极方面的应用，包括以下步骤：
（1）掺杂氮、磷杂原子的N/P-C复合材料在微生物燃料电池阳极方面的应用：将上述1中合成的不同温度条件下烧制的掺氮、掺磷生物质碳复合材料相应的溶剂和粘接剂混合制作成浆液涂到长宽为2*1cm碳布上制作成微生物燃料电池阴极，在室温为30℃左右条件下，与涂有20%Pt/C材料的碳布一起组装到阴极室，与培养好的生物阳极组装成微生物燃料电池，在碱性条件下，阴极发生氧还原反应（ORR）；通过电压数据采集器，每五分钟采集一次外电阻电压值，根据外电阻电压值的变化，定期更换阳极微生物生长所需营养液；在微生物培养液中进行电化学相关性能的测试。
3.根据权利要求1所述的一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，其特征在于：所述步骤a中对生物质蜂窝预处理需要用弱碱是500mg/L Na2CO3溶液。
4.根据权利要求1所述的一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法，其特征在于：b特征在于惰性气体为Ar气或者N2。
5.根据权利要求1所述的方法，其（1）b特征在于煅烧温度分别为600℃、700℃和800℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其（2）c特征在于生物质碳材料的氧化步骤，依次用19wt%HCl、10wt%HNO3和65wt%HNO3溶液进行处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其（2）d特征在于将氧化后的生物质碳材料与三聚氰胺和1，2-乙烯基二磷酸按质量比5：5：1。
8.根据权利要求1所述的方法，其（2）d特征在于混合物在反应釜中的反应时间为1h。
9.根据权利要求2所述的微生物燃料电池的搭建，其特征在于：其（1）步骤中所述的阳极培养液中的PH值为中性，在阴极液中的PH值为碱性，阴阳极之间使用双极性膜。
10.根据权利要求2所述的微生物燃料电池阳极培养，其特征在于：其（1）步骤中所述的更换外电路电阻值，筛选出能够抗高电流通过的微生物菌群。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710594052.XA CN107394217A (zh) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | 一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710594052.XA CN107394217A (zh) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | 一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107394217A true CN107394217A (zh) | 2017-11-24 |
Family
ID=60336276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710594052.XA Pending CN107394217A (zh) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | 一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107394217A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108134098A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-06-08 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种高效生物质碳电化学氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
| CN108383099A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-10 | 电子科技大学 | 一种利用蜂巢制备钠离子电池负极材料的方法 |
| CN108389728A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 中国地质大学（武汉） | 一种氮/磷/氧异质元素共掺杂碳电极材料的制备方法 |
| CN109755594A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-14 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种掺氮多孔碳布及其作为生物电化学系统阳极的应用 |
| CN109879283A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-14 | 南昌航空大学 | 一种生物质多孔碳材料的制备方法及其在微生物燃料电池阳极的应用 |
| CN110299541A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-10-01 | 北京科技大学 | 一种微生物燃料电池阴极催化剂的制备方法 |
| CN112133947A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-25 | 南昌航空大学 | 一种中碱不对称微生物燃料电池装置及其在氧还原中的应用 |
| CN113385212A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-14 | 青岛化赫医药科技有限公司 | 用于制备烯醇的非金属掺杂的碳基催化剂及使用其制备烯醇的方法 |
| CN113548721A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-10-26 | 辽宁科技学院 | 一种改性Ti-PbO2阳极、生物质碳负载Fe3O4阴极及其制备方法及应用 |
| CN113745509A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-12-03 | 华侨大学 | 一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用 |
| CN118359195A (zh) * | 2024-06-14 | 2024-07-19 | 深圳索理德新材料科技有限公司 | 氮/磷双掺杂球形多孔炭及其制备方法、锂离子电池 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103787304A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种一步法合成异相原子掺杂碳材料的方法 |
| CN103904328A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-02 | 华南师范大学 | 一种生物质片层碳材料的制备方法及其应用 |
| CN103922305A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-16 | 同济大学 | 一种高比表面积高氮含量掺杂多孔碳的制备方法 |
| CN105633424A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-01 | 广东省生态环境与土壤研究所 | 一种基于蜘蛛丝的多孔活性碳纤维材料及应用 |
| CN106881138A (zh) * | 2017-03-12 | 2017-06-23 | 西北师范大学 | 一种氮磷共掺杂多孔生物质碳催化剂的制备方法 |
-
2017
- 2017-07-20 CN CN201710594052.XA patent/CN107394217A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103787304A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种一步法合成异相原子掺杂碳材料的方法 |
| CN103922305A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-16 | 同济大学 | 一种高比表面积高氮含量掺杂多孔碳的制备方法 |
| CN103904328A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-02 | 华南师范大学 | 一种生物质片层碳材料的制备方法及其应用 |
| CN105633424A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-01 | 广东省生态环境与土壤研究所 | 一种基于蜘蛛丝的多孔活性碳纤维材料及应用 |
| CN106881138A (zh) * | 2017-03-12 | 2017-06-23 | 西北师范大学 | 一种氮磷共掺杂多孔生物质碳催化剂的制备方法 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108383099A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-10 | 电子科技大学 | 一种利用蜂巢制备钠离子电池负极材料的方法 |
| CN108383099B (zh) * | 2018-02-01 | 2021-09-24 | 电子科技大学 | 一种利用蜂巢制备钠离子电池负极材料的方法 |
| CN108389728A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 中国地质大学（武汉） | 一种氮/磷/氧异质元素共掺杂碳电极材料的制备方法 |
| CN108134098B (zh) * | 2018-02-11 | 2020-02-21 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种高效生物质碳电化学氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
| CN108134098A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-06-08 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种高效生物质碳电化学氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109755594A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-14 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种掺氮多孔碳布及其作为生物电化学系统阳极的应用 |
| CN109755594B (zh) * | 2018-12-17 | 2020-06-23 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种掺氮多孔碳布及其作为生物电化学系统阳极的应用 |
| CN109879283A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-14 | 南昌航空大学 | 一种生物质多孔碳材料的制备方法及其在微生物燃料电池阳极的应用 |
| CN110299541A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-10-01 | 北京科技大学 | 一种微生物燃料电池阴极催化剂的制备方法 |
| CN112133947A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-25 | 南昌航空大学 | 一种中碱不对称微生物燃料电池装置及其在氧还原中的应用 |
| CN113385212A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-14 | 青岛化赫医药科技有限公司 | 用于制备烯醇的非金属掺杂的碳基催化剂及使用其制备烯醇的方法 |
| CN113745509A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-12-03 | 华侨大学 | 一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用 |
| CN113745509B (zh) * | 2021-08-09 | 2023-03-07 | 华侨大学 | 一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用 |
| CN113548721A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-10-26 | 辽宁科技学院 | 一种改性Ti-PbO2阳极、生物质碳负载Fe3O4阴极及其制备方法及应用 |
| CN118359195A (zh) * | 2024-06-14 | 2024-07-19 | 深圳索理德新材料科技有限公司 | 氮/磷双掺杂球形多孔炭及其制备方法、锂离子电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107394217A (zh) | 一种掺氮、掺磷的生物质碳材料的合成方法及其在微生物燃料电池阴极方面的应用 | |
| Wang et al. | Enhancing oxygen reduction reaction by using metal-free nitrogen-doped carbon black as cathode catalysts in microbial fuel cells treating wastewater | |
| Zhang et al. | Biomass-Derived sustainable carbon materials in energy conversion and storage applications: Status and opportunities. A mini review | |
| CN109967100B (zh) | 一种金属掺杂的CoP3、其制备方法及应用 | |
| CN106207239A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳的合成方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用 | |
| CN105032469A (zh) | 生物质基氮掺杂石墨烯/碳纤维电催化剂及其制备方法 | |
| CN105336964B (zh) | 一种氮掺杂碳纳米管/氮化碳复合材料的制备方法及应用 | |
| CN110227480B (zh) | 一种NiMo析氢电催化剂的制备方法 | |
| CN101355170A (zh) | 二氧化锰在制备微生物燃料电池阴极中的应用 | |
| CN109941995A (zh) | 一种用于电催化产过氧化氢的异质原子掺杂生物质碳材料的制备及应用 | |
| CN113388847A (zh) | 普鲁士蓝类似物衍生的金属硫化物/氮掺杂碳电催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2016011970A1 (zh) | 一种含钨材料的用途 | |
| CN112164807B (zh) | 一种多孔氮硼共掺杂的碳基氧还原催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107694581A (zh) | 杂原子掺杂的多孔碳包覆磷化亚铜复合型催化剂的应用 | |
| CN102117918B (zh) | 氮掺杂碳纳米管在制备微生物燃料电池阴极中的应用及其制备方法 | |
| CN113659158B (zh) | 一种碳基Fe/S/N共掺杂氧还原催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105489908A (zh) | 一种腐殖酸复合生物炭在微生物燃料电池中的应用及其制备方法 | |
| CN108336374A (zh) | 一种高性能三元Fe-Co-Ni共掺杂含氮碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN112002912A (zh) | 一种氮掺杂碳纸氧还原反应催化剂的制备方法 | |
| CN113637997A (zh) | 一种Co2P/CuP2/NF析氢析氧电催化剂制备方法 | |
| CN106025296A (zh) | 氮磷双掺杂的碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN101752569A (zh) | 碳化镍钼在制备微生物燃料电池阳极中的应用 | |
| CN106115667A (zh) | S、n共掺杂石墨烯的低温制备方法及应用 | |
| CN109860645B (zh) | 一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其应用 | |
| CN115458759A (zh) | 一种高比表面积氮掺杂石墨烯氧还原催化剂的制备方法和应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171124 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |