【CN109962228A】用于微生物燃料电池的CoMOFGO薄膜的制备方法及其构建的MFCs【专利

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910305573.8

(22)申请日 2019.04.16

(71)申请人 哈尔滨理工大学

地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学

府路52号

(72)发明人 王瑞　刘丹青　赵超越　刘欣　

孙晓君　

(74)专利代理机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权

代理有限公司 23211

代理人 张金珠

(51)Int.Cl.

H01M 4/36(2006.01)

H01M 4/48(2010.01)

H01M 8/16(2006.01)

(54)发明名称用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs (57)摘要用于微生物燃料电池的Co -MOF -GO薄膜的制备方法及其构建的MFCs，属于微生物燃料电池技术领域。本发明要解决目前MFC阳极存在电势高、功率低、周期短等问题。Co -MOF -GO薄膜制备方法：一、将GO加入水中，混匀，依次加入六水合硝酸钴和二甲基咪唑，磁力搅拌，离心后清洗，真空干燥，得到纳米粒子；二、在惰性气体下保温加热，降至室温；三、加入异丙醇和Nafion溶液，分散均匀，四、涂于碳布的两侧，自然干燥。构建的微生物电解电池为H -型双室MECs。本发明MFCs的最高电压为0.56V ，周期长，CO D去除率达到79.195％±3.4766％，库伦效率达到9.3151％±0.5416％，最大功率密度为2303mV/m 2

。权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 109962228 A 2019.07.02

C N 109962228

A

权　利　要　求　书1/2页CN 109962228 A

1.用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将氧化石墨烯(GO)加入水中，混匀得到GO悬浊液，依次加入六水合硝酸钴和二甲基咪唑，磁力搅拌，获得紫黑色溶液，离心后用水离心清洗3-5次，再乙醇离心清洗1次，真空干燥，得到Co-MOF-GO纳米粒子；

步骤二、在氮气或者氩气气氛保护下，将步骤一获得的Co-MOF-GO纳米粒子，以4℃/min ～8℃/min的升温速率从室温升温到500℃～600℃，保温5h～8h，以升温速率相同的速率降温至室温，得到Co-MOF-GO复合物；

步骤三、向步骤二获得的Co-MOF-GO复合物中加入异丙醇和Nafion溶液，超声处理至完全混合均匀，

步骤四、尔后涂布于经预处理的碳布的两侧，自然干燥；得到Co-MOF-GO薄膜。

2.根据权利要求1所述的用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述GO悬浊液的浓度为2mg/mL～4mg/mL，每20mL～35mLGO悬浊液添加0.35g～0.75g六水合硝酸钴和5.05g～5.65g二甲基咪唑。

3.根据权利要求1所述的用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中磁力搅拌的速度控制在300r/min～800r/min；离心速率均为9000r/min～11000r/min；真空干燥的工艺条件：温度为40℃～60℃，真空度为-25kpa～-30kpa，时间为9h～12h。

4.根据权利要求1所述的用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法，其特征在于步骤三Co-MOF-GO复合物的质量与异丙醇的体积比为(2～2.5)mg∶(20～50)μL；步骤三Co-MOF-GO复合物的质量与Nafion溶液的体积比为(2～2.5)mg∶(16～25)μL。

5.根据权利要求1所述的用于微生物燃料电池的Co-MOF-GO薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中所述碳布的预处理方法如下：碳布置于容器中，加入稀盐酸，浸泡后倒掉稀盐酸，再用蒸馏水冲洗，倒掉蒸馏水，尔后加入丙酮，浸泡后倒掉丙酮，用封口膜封好，在封口膜上扎多个孔，真空干燥，用封口膜封好，备用。

6.如权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的Co-MOF-GO薄膜构建的MFCs，其特征在于所构建的微生物燃料电池为H-型双室MEC，中间由前处理后的Nafion膜隔开，采用权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的阳极电极作阳极室的阳极材料，采用前处理后的碳刷作阴极室的阴极材料，将由PBS、乙酸钠、维生素溶液和矿物质溶液配置的阳极液通入阳极室，将由氯化钾和铁氰化钾配置的阴极液通入阴极室，通过外加电阻将阴极和阳极连接在一起；完成构建得到微生物电解电池；

其中，所述碳刷前处理的步骤如下：将碳刷的碳布纤维侧用丙酮浸泡30min，取出后放入管式炉中，在200℃～400℃下烧结20min～35min，自然降温至室温，完成碳刷的前处理；

所述Nafion膜前处理是通过下述步骤完成的：将Nafion膜浸泡于3％H2O2中，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min，倒掉3％H2O2，再加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min，倒掉蒸馏水，尔后加入浓度为0.5moL/L的H2SO4，放入烘箱中，在70℃～85℃处理20min～35min，倒掉H2SO4，加入蒸馏水，置于烘箱中，在70℃～85℃下处理20min～35min，倒掉液体，即完成Nafion膜的前处理。

7.根据权利要求6所述的MFCs，其特征在于所述阳极液的配置方法如下：向50mg～85mg

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