本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法及微生物燃料電池。

背景技術(shù)：

微生物燃料電池是利用電活性微生物將基質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的理想裝置，具有資源化與廢棄物處置等雙重功效。是一種新能源發(fā)展的重要方向，在能源危機(jī)日益加重的大背景下具有十分重要大的發(fā)展前景。現(xiàn)有技術(shù)大都采用鉑作為微生物燃料電池的催化劑或者陰極材料，但其穩(wěn)定性和耐甲醇性差以及功率密度差，因此，尋找一個(gè)替代的材料至關(guān)重要。

多孔碳材料具有比表面積大、導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)，備受研究者關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了聚吡咯納米線為前驅(qū)體，通過(guò)使用氫氧化鉀為活化劑，高溫活化得到了氮摻雜的多孔碳纖維材料，該材料用作鋰離子電池的電極材料具有很高的電容和很好的大電流放電能力。但是大量強(qiáng)堿koh的加入，需要后處理時(shí)使用大量的酸進(jìn)行中和洗滌，制備過(guò)程復(fù)雜，不利于應(yīng)用。同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的眾多模板法需要去除模板，不僅去除不容易，價(jià)格昂貴，不利于應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，本發(fā)明提供的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法簡(jiǎn)單，并且用于微生物燃料電池功率密度高。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：

a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

優(yōu)選的，所述摻雜劑為氯化鐵。

優(yōu)選的，所述苯胺、吡咯和過(guò)硫酸銨和摻雜劑的摩爾比為1：(1～2)：(0.5～2)：(0.05～1)。

優(yōu)選的，所述曲拉通tx-100的質(zhì)量濃度為1～5mg/ml；曲拉通tx-100與苯胺的摩爾比為(5～12)：1000。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)溫度為0～5℃；所述反應(yīng)時(shí)間為12～24h。

優(yōu)選的，所述碳化的溫度為600～900℃；所述升溫速率為5～10℃/min，所述碳化時(shí)間為1～2h。

優(yōu)選的，所述步驟a)之后還包括清洗、干燥；所述干燥的溫度為60～80℃；所述干燥的時(shí)間為6～8h。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒，由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極催化劑包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。本發(fā)明采用苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨為原料，成本低廉，方法簡(jiǎn)單，無(wú)需去除模板；并且添加摻雜劑后再碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒性能穩(wěn)定，催化活性好，穩(wěn)定性好，耐甲醇性高。同時(shí)本發(fā)明采用空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒制備微生物燃料電池功率密度高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線；

圖6為本發(fā)明比較例3旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)；

圖7為本發(fā)明比較例4旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)；

圖8為本發(fā)明比較例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線；

圖9為本發(fā)明比較例6微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：

a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

本發(fā)明提供的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法首先以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球。

本發(fā)明首先以曲拉通tx-100為模板，苯胺和吡咯生成苯胺吡咯微球中間體；優(yōu)選具體為將曲拉通tx-100、苯胺和吡咯超聲混合均勻，混合后0～4℃保存。本發(fā)明對(duì)于所述超聲的具體參數(shù)不進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的即可。

苯胺吡咯微球中間體在過(guò)硫酸銨和摻雜劑存在下反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球。

本發(fā)明對(duì)于所述曲拉通tx-100、苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑的來(lái)源和純度不進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的即可。

其中，所述曲拉通tx-100的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1～5mg/ml；更優(yōu)選為1～3mg/ml；最優(yōu)選為1～2mg/ml。曲拉通tx-100與苯胺的摩爾比優(yōu)選為(5～12)：1000；更優(yōu)選為(6～10)：1000；最優(yōu)選為(7～9)：1000。

所述苯胺、吡咯和過(guò)硫酸銨和摻雜劑的摩爾比優(yōu)選為1：(1～2)：(0.5～2)：(0.05～1)；更優(yōu)選為1：(1～2)：(1～2)：(0.1～1)；最優(yōu)選為1：(1～2)：(1～2)：(0.5～1)；最最優(yōu)選為1:1:1：1。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)溫度優(yōu)選為0～5℃；更優(yōu)選為0～4℃；最優(yōu)選為1～4℃。所述反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為12～24h；更優(yōu)選為12～20h；最優(yōu)選為12～18h。

所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；優(yōu)選的，所述摻雜劑為氯化鐵。

得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球后，優(yōu)選還包括清洗、干燥。

所述清洗優(yōu)選為用純水清洗至透明，所述干燥的溫度優(yōu)選為60～80℃；更優(yōu)選為60～75℃；所述干燥的時(shí)間優(yōu)選為6～8h；更優(yōu)選為6～7h。

將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

在本發(fā)明中，所述碳化優(yōu)選在惰性氣體保護(hù)的環(huán)境中碳化，所述惰性氣體優(yōu)選包括氮?dú)狻⒑?、氖氣或氬氣?/p>

所述碳化的溫度優(yōu)選為600～900℃；更優(yōu)選為600～850℃；最優(yōu)選為650～800℃。

所述升溫速率優(yōu)選為5～10℃/min，所述碳化時(shí)間優(yōu)選為1～2h。

本發(fā)明采用軟模板法制備聚合物微球，不僅得到的微球性能好，并且無(wú)需去除模板，方法簡(jiǎn)單。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒，由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

具體的說(shuō)，也就是上述微生物燃料電池的陰極的制備方法為：

a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

其中上述組分的配比，反應(yīng)溫度時(shí)間等參數(shù)上述已經(jīng)有清楚的描述，在此不再贅述。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極催化劑包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

具體的說(shuō)，也就是上述微生物燃料電池的陰極催化劑的制備方法為：

a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

其中上述組分的配比，反應(yīng)溫度時(shí)間等參數(shù)上述已經(jīng)有清楚的描述，在此不再贅述。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒在用于制備微生物燃料電池陰極中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒在用于制備微生物燃料電池陰極催化劑中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：a)以曲拉通tx-100為模板，苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；b)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

本發(fā)明采用苯胺、吡咯、過(guò)硫酸銨為原料，成本低廉，方法簡(jiǎn)單，無(wú)需去除模板；并且添加摻雜劑后再碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒性能穩(wěn)定，催化活性好，穩(wěn)定性好，耐甲醇性高。同時(shí)本發(fā)明采用空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒制備微生物燃料電池功率密度高。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

以1mg/ml的曲拉通tx-100溶液為模板，苯胺與吡咯的摩爾比控制為1:1，將0.0016mol/l曲拉通、0.05mol/l苯胺及0.05mol/l吡咯三者超聲混合均勻后4℃保存。將0.1mol/l的過(guò)硫酸銨和0.1mol/l的fecl3混合加入到上述混合液中與之反應(yīng)，放置4℃環(huán)境中反應(yīng)12h制備聚苯胺聚吡咯空心微球；通過(guò)抽濾，將反應(yīng)物經(jīng)超純水清洗至濾液清澈透明后，將其60℃干燥；將干燥的聚苯胺聚吡咯空心微球在n2環(huán)境中經(jīng)600℃，2h高溫碳化制備空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)。

實(shí)施例2

以1mg/ml的曲拉通tx-100溶液為模板，苯胺與吡咯的摩爾比控制為2:1，將0.0016mol/l曲拉通、0.1mol/l苯胺及0.05mol/l吡咯三者超聲混合均勻后4℃保存。將0.15mol/l過(guò)硫酸銨和0.15mol/l的fecl3混合加入到上述混合液中與之反應(yīng)。放置4℃環(huán)境中反應(yīng)12h制備聚苯胺聚吡咯空心微球；通過(guò)抽濾，將反應(yīng)物經(jīng)超純水清洗至濾液清澈透明后，將其60℃干燥；將干燥微球在n2環(huán)境中經(jīng)800℃，1h高溫碳化制備空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)。

實(shí)施例3

以1mg/ml的曲拉通tx-100溶液為模板，苯胺與吡咯的摩爾比控制為1:1，將0.0016mol/l曲拉通、0.05mol/l苯胺及0.05mol/l吡咯三者超聲混合均勻后4℃保存。將0.1mol/l過(guò)硫酸銨和0.1mol/l的cocl2混合加入到上述混合液中與之反應(yīng)。放置4℃環(huán)境中反應(yīng)12h制備聚苯胺聚吡咯空心微球；通過(guò)抽濾，將反應(yīng)物經(jīng)超純水清洗至濾液清澈透明后，將其60℃干燥；將干燥微球在n2環(huán)境中經(jīng)800℃，1h高溫碳化制備空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(tem)。

實(shí)施例4

依次使用1.0μm、0.5μm和0.03μm電極拋光粉處理玻碳電極，然后依次在無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗10min，30℃烘干；稱(chēng)量0.5μg本發(fā)明實(shí)施例1制備的碳納米顆粒，加入50μl去離子水、100μl無(wú)水乙醇及2μlnafion溶液配制催化劑研究液；吸取8μl催化劑研究液，滴至已干燥的玻碳電極表面，30℃烘干，即可作為工作電極；將修飾電極分別在已充n2、o2的0.1mol/lkoh溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，包括循環(huán)伏安掃描、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描，研究制備的碳化蛛網(wǎng)催化性能、穩(wěn)定性及耐甲醇性等。圖4為本發(fā)明實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)。

實(shí)施例5

一種微生物燃料電池(mfc)的構(gòu)建，主要包括以下步驟：

1)按傳統(tǒng)方法構(gòu)建微生物單室空氣陰極燃料電池：以方形有機(jī)玻璃作為電池原材料構(gòu)建電池。電池內(nèi)部為一個(gè)長(zhǎng)4.0cm，直徑3.0cm的圓柱形腔體，電池陰陽(yáng)極兩端用長(zhǎng)為6.0cm的有機(jī)方形玻璃密封；

2)按傳統(tǒng)制作電池陰極片的方法，以實(shí)施例1制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒為催化劑制作電池陰極：陰極碳布一側(cè)均勻涂抹0.5mg/cm²的碳粉末，30℃烘干；以碳刷制作電池陽(yáng)極。

3)待以上準(zhǔn)備工作就緒即可組裝電池。分別將電池陰極和陽(yáng)極與其他材料一起構(gòu)架電池，并用塞子密封電池頂端開(kāi)口，用鈦絲作為導(dǎo)線連接電池兩極，內(nèi)部有效容積為28ml。

本實(shí)施例構(gòu)建的微生物燃料電池除了陰極涂層材料與常規(guī)的mfc不同外，其他的均相同。

微生物燃料電池的運(yùn)行：

按常規(guī)mfc運(yùn)行方法，將上述組裝好的mfc接種5.0ml厭氧混合菌種液和20ml乙酸鈉(1000mg·l^-1)基底溶液，并啟動(dòng)運(yùn)行。乙酸鈉基底溶液成分組成為nah2po4·2h2o(2.77g·l^-1)、na2hpo4·12h2o(11.40g·l^-1)、nh4cl(0.31g·l^-1)、kcl(0.13g·l^-1)、維生素溶液(10ml·l^-1)和礦物質(zhì)溶液(10ml·l^-1)。

將mfc在30±1℃的恒溫箱中培養(yǎng)，電池產(chǎn)電電壓采用40通道信號(hào)采集器、間隔30s自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存于電腦，在電池達(dá)到穩(wěn)定階段后，改變電池外阻100、200、500、1000、2000及5000ω，每一個(gè)外加電阻下，電池都運(yùn)行幾個(gè)穩(wěn)定且完整周期，然后得到相對(duì)應(yīng)電壓，繪制功率密度和極化曲線。圖5為本發(fā)明實(shí)施例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線。

比較例1

以sic為模板，苯胺和吡咯的摩爾比控制為1:1。將0.05mol/l苯胺和0.05mol/l吡咯超聲混合均勻后再與1.0gsic混合，并于4℃保存。將0.1mol/l過(guò)硫酸銨和0.1mol/l三氯化鐵混合后加入到上述

混合液中與之反應(yīng)。將反應(yīng)裝置放置于4℃環(huán)境中反應(yīng)12h制備聚苯胺聚吡咯微球；通過(guò)抽濾，將反應(yīng)物經(jīng)超純水清洗至濾液清澈透明后，將其60℃干燥；將干燥微球在n2環(huán)境中經(jīng)800℃，1h高溫碳化制備碳納米顆粒。

比較例2

以1mg/ml的曲拉通tx-100溶液為模板，苯胺與吡咯的摩爾比控制為1:1，將0.0016mol/l曲拉通、0.05mol/l苯胺及0.05mol/l吡咯三者超聲混合均勻后4℃保存。將0.1mol/l過(guò)硫酸銨和0.1mol/l的zncl2混合加入到上述混合液中與之反應(yīng)。放置4℃環(huán)境中反應(yīng)12h制備聚苯胺聚吡咯空心微球；通過(guò)抽濾，將反應(yīng)物經(jīng)超純水清洗至濾液清澈透明后，將其60℃干燥；將干燥微球在n2環(huán)境中經(jīng)800℃，1h高溫碳化制備空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

比較例3

依次使用1.0μm、0.5μm和0.03μm電極拋光粉處理玻碳電極，然后依次在無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗10min，30℃烘干；稱(chēng)量0.5μg本發(fā)明比較例1制備的碳納米顆粒，加入50μl去離子水、100μl無(wú)水乙醇及2μlnafion溶液配制催化劑研究液；吸取8μl催化劑研究液，滴至已干燥的玻碳電極表面，30℃烘干，即可作為工作電極；將修飾電極分別在已充n2、o2的0.1mol/lkoh溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，包括循環(huán)伏安掃描、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描，研究制備的碳化蛛網(wǎng)催化性能、穩(wěn)定性及耐甲醇性等。圖6為本發(fā)明比較例3旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)。

比較例4

依次使用1.0μm、0.5μm和0.03μm電極拋光粉處理玻碳電極，然后依次在無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗10min，30℃烘干；稱(chēng)量0.5μg本發(fā)明比較例2制備的碳納米顆粒，加入50μl去離子水、100μl無(wú)水乙醇及2μlnafion溶液配制催化劑研究液；吸取8μl催化劑研究液，滴至已干燥的玻碳電極表面，30℃烘干，即可作為工作電極；將修飾電極分別在已充n2、o2的0.1mol/lkoh溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，包括循環(huán)伏安掃描、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描，研究制備的碳化蛛網(wǎng)催化性能、穩(wěn)定性及耐甲醇性等。圖7為本發(fā)明比較例4旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極線性掃描曲線(lsv)。

比較例5

一種微生物燃料電池(mfc)的構(gòu)建，主要包括以下步驟：

1)按傳統(tǒng)方法構(gòu)建微生物單室空氣陰極燃料電池：以方形有機(jī)玻璃作為電池原材料構(gòu)建電池。電池內(nèi)部為一個(gè)長(zhǎng)4.0cm，直徑3.0cm的圓柱形腔體，電池陰陽(yáng)極兩端用長(zhǎng)為6.0cm的有機(jī)方形玻璃密封；

2)按傳統(tǒng)制作電池陰極片的方法，以比較例1制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒為催化劑制作電池陰極：陰極碳布一側(cè)均勻涂抹0.5mg/cm²的碳粉末，30℃烘干；以碳刷制作電池陽(yáng)極。

3)待以上準(zhǔn)備工作就緒即可組裝電池。分別將電池陰極和陽(yáng)極與其他材料一起構(gòu)架電池，并用塞子密封電池頂端開(kāi)口，用鈦絲作為導(dǎo)線連接電池兩極，內(nèi)部有效容積為28ml。

本實(shí)施例構(gòu)建的微生物燃料電池除了陰極涂層材料與常規(guī)的mfc不同外，其他的均相同。

微生物燃料電池的運(yùn)行：

按常規(guī)mfc運(yùn)行方法，將上述組裝好的mfc接種5.0ml厭氧混合菌種液和20ml乙酸鈉(1000mg·l^-1)基底溶液，并啟動(dòng)運(yùn)行。乙酸鈉基底溶液成分組成為nah2po4·2h2o(2.77g·l^-1)、na2hpo4·12h2o(11.40g·l^-1)、nh4cl(0.31g·l^-1)、kcl(0.13g·l^-1)、維生素溶液(10ml·l^-1)和礦物質(zhì)溶液(10ml·l^-1)。

將mfc在30±1℃的恒溫箱中培養(yǎng)，電池產(chǎn)電電壓采用40通道信號(hào)采集器、間隔30s自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存于電腦，在電池達(dá)到穩(wěn)定階段后，改變電池外阻100、200、500、1000、2000及5000ω，每一個(gè)外加電阻下，電池都運(yùn)行幾個(gè)穩(wěn)定且完整周期，然后得到相對(duì)應(yīng)電壓，繪制功率密度和極化曲線。圖8為本發(fā)明比較例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線。

比較例6

一種微生物燃料電池(mfc)的構(gòu)建，主要包括以下步驟：

1)按傳統(tǒng)方法構(gòu)建微生物單室空氣陰極燃料電池：以方形有機(jī)玻璃作為電池原材料構(gòu)建電池。電池內(nèi)部為一個(gè)長(zhǎng)4.0cm，直徑3.0cm的圓柱形腔體，電池陰陽(yáng)極兩端用長(zhǎng)為6.0cm的有機(jī)方形玻璃密封；

2)按傳統(tǒng)制作電池陰極片的方法，以比較例2制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒為催化劑制作電池陰極：陰極碳布一側(cè)均勻涂抹0.5mg/cm²的碳粉末，30℃烘干；以碳刷制作電池陽(yáng)極。

3)待以上準(zhǔn)備工作就緒即可組裝電池。分別將電池陰極和陽(yáng)極與其他材料一起構(gòu)架電池，并用塞子密封電池頂端開(kāi)口，用鈦絲作為導(dǎo)線連接電池兩極，內(nèi)部有效容積為28ml。

本實(shí)施例構(gòu)建的微生物燃料電池除了陰極涂層材料與常規(guī)的mfc不同外，其他的均相同。

微生物燃料電池的運(yùn)行：

按常規(guī)mfc運(yùn)行方法，將上述組裝好的mfc接種5.0ml厭氧混合菌種液和20ml乙酸鈉(1000mg·l^-1)基底溶液，并啟動(dòng)運(yùn)行。乙酸鈉基底溶液成分組成為nah2po4·2h2o(2.77g·l^-1)、na2hpo4·12h2o(11.40g·l^-1)、nh4cl(0.31g·l^-1)、kcl(0.13g·l^-1)、維生素溶液(10ml·l^-1)和礦物質(zhì)溶液(10ml·l^-1)。

將mfc在30±1℃的恒溫箱中培養(yǎng)，電池產(chǎn)電電壓采用40通道信號(hào)采集器、間隔30s自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存于電腦，在電池達(dá)到穩(wěn)定階段后，改變電池外阻100、200、500、1000、2000及5000ω，每一個(gè)外加電阻下，電池都運(yùn)行幾個(gè)穩(wěn)定且完整周期，然后得到相對(duì)應(yīng)電壓，繪制功率密度和極化曲線。圖9為本發(fā)明比較例6微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線。。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。