一種利用秸稈制備高效氧氣還原催化劑的方法及其在中性電池中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用農(nóng)作物廢棄物制備高性能催化劑材料的方法，尤其是一種利 用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧氣還原反應(yīng)是燃料電池和金屬-空氣電池中最常見(jiàn)的陰極反應(yīng)，即氧氣經(jīng)4電 子路徑被還原，結(jié)合電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)化為水。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是方法為：1)水熱炭化：將 秸桿與水按一定質(zhì)量比置于水熱釜中，在一定的溫度范圍下水熱炭化，炭化時(shí)間4-12h;所 述的溫度范圍為150_250°C，優(yōu)選170-190°C;所述的秸桿與水的質(zhì)量比范圍為1/3~ 1/10 ; 2) 冷凍干燥：將步驟1中的水熱炭化產(chǎn)物過(guò)濾，除去可流動(dòng)的水分；接著將濾渣置于低 于〇°C的溫度下預(yù)凍，最后在-20 ~ -50°C溫度下冷凍干燥； 3) 高溫?fù)诫s：將步驟2中的冷凍干燥產(chǎn)物置于高溫爐中，在惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤猓┑?保護(hù)下，混入一定比例的摻雜氣體，加熱到800-1200°C，并在最終溫度恒溫l_2h后，自然冷 卻、取出得到高效氧氣還原催化劑；所述的惰性氣體與摻雜氣體的體積比例范圍為5 ~ 2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是所 述秸桿包括小麥、水稻、玉米、薯類(lèi)、油料、棉花、甘蔗等農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是其 摻雜源是含N、P、S、B等一種或多種雜元素，并且受熱可分解的釋放雜元素的物質(zhì)；摻雜源 的形態(tài)可以是固體和氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是所 述摻雜氣體包括氨氣、二氧化硫等，優(yōu)選氨氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是固 體摻雜源主要為能溶于水的鹽類(lèi)，包括銨鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硼鹽，以及它們的復(fù)鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是還 可以以三聚氰胺為摻雜源；所述的三聚氰胺與稻桿的質(zhì)量比為1/5~1/20。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用秸桿制備高效氧氣還原催化劑的方法，其特征是利 用秸桿制備高效氧氣還原催化劑特別適用于中性環(huán)境中運(yùn)行的微生物燃料電池。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種利用秸稈制備高效氧氣還原催化劑的方法及其在中性電池中的應(yīng)用。該方法以秸稈原料，經(jīng)過(guò)水熱炭化、冷凍干燥和高溫?fù)诫s三個(gè)步驟來(lái)制備高效的氧氣還原催化劑。該催化劑在堿性、酸性和中性條件下催化氧氣還原反應(yīng)的性能與20wt% Pt/C催化劑相當(dāng)，而其成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類(lèi)催化劑。該方法可實(shí)現(xiàn)再生資源利用和環(huán)境保護(hù)雙重目的。該催化劑不僅可廣泛用于堿性和酸性條件下的金屬-空氣電池和燃料電池，特別適用于中性條件的微生物燃料電池。
【IPC分類(lèi)】H01M4-88, B01J27-24, H01M4-90, B01J21-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104785283
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510131512
【發(fā)明人】陳水亮, 侯豪情, 劉浪
【申請(qǐng)人】江西師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日