一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料以及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物燃料電池電極材料領(lǐng)域，具體地說是涉及一種基于蠶絲蛋白微晶 纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料以及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 酶固定化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)酶半衰期的延長、穩(wěn)定性的提高、重復(fù)利用以及產(chǎn)物和酶 的分離，酶固定化技術(shù)已經(jīng)用于各行各業(yè)。包括生物燃料電池領(lǐng)域。
[0003] 生物燃料電池也稱為酶燃料電池，是利用由通過酶、微生物而實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)所 產(chǎn)生的電能的電池。生物燃料電池具有陰極電極和陽極電極隔著電解質(zhì)而相對(duì)的結(jié)構(gòu)，在 生物燃料電池中的陰極電極和陽極電極中，可以使用酶固定化材料，通過提高通過酶活性 實(shí)現(xiàn)的電解質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)效率，進(jìn)而提高生物燃料電池的生產(chǎn)性、電輸出功率具有重要意 義，但是目前，關(guān)于提高固定化酶的酶反應(yīng)技術(shù)研究并不充分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)生物燃料電池電極用材料發(fā)展的需求，本發(fā)明提供一種基于蠶絲蛋白微晶纖 維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料以及制備方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為： 一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料，包括由下列 重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素15-21、短鏈醇9-10、鈉基膨潤土 18-22、硫酸鈉12-14、 聚乙二醇9-11、羧基化多壁碳納米管15-19、包含銅離子的聚離子液體11-12、納米錳酸鋰 4-6、聚乙烯基咪唑固化劑4-5、碳二亞胺鹽酸鹽4-5、適量的去離子水。
[0006] -種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料的制備 方法，包括以下步驟： (1) 將蠶絲蛋白微晶纖維素、短鏈醇、包含銅離子的聚離子液體混合，置于超聲儀中采 用200W的超聲波輔助攪拌處理2-3h，得改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液； (2) 將鈉基膨潤土、硫酸鈉、聚乙二醇以及總重量2-3倍的去離子水混合，置于超聲儀 中在50-60KHZ的超聲下攪拌處理2-3h，制得膨潤土膠體溶液備用； (3) 將羧基化多壁碳納米管、納米錳酸鋰以及總重量2-3倍的去離子水混合攪拌2-3h 至均勻，并采用低溫等離子體輔助處理增大其比表面積得改性多壁碳納米管備用； (4) 將改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液、膨潤土膠體溶液、改性多壁碳納米管進(jìn)行混合攪 拌均勻，之后加入聚乙烯基咪唑固化劑，并循環(huán)通入惰性氣體，在25°C下振蕩20-24h至固 化，之后加入碳二亞胺鹽酸鹽以及總重量2-4倍的去離子水100°C加熱4-6h，過濾，壓延制 備成片狀，180°C烘烤3-4h至干燥即得。
[0007] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明結(jié)合了納米纖維的高比表面積和碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性的特點(diǎn)，有效提高了生 物燃料電池電極處的氧化還原酶的催化效率。該材料具有制備過程簡單，容易從反應(yīng)體系 中回收，提尚酶的利用率和儲(chǔ)存穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，有效的提尚了生物燃料電池的效率。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0009] 實(shí)施例1 : 一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料，包括由下列 重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素15、短鏈醇9、鈉基膨潤土 20、硫酸鈉13、聚乙二醇10、 羧基化多壁碳納米管19、包含銅離子的聚離子液體11、納米錳酸鋰6、聚乙烯基咪唑固化劑 4. 5、碳二亞胺鹽酸鹽4. 5、適量的去尚子水。
[0010] -種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料制備方 法，包括以下步驟： (1) 將蠶絲蛋白微晶纖維素、短鏈醇、包含銅離子的聚離子液體混合，置于超聲儀中采 用200W的超聲波輔助攪拌處理2. 5h，得改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液； (2) 將鈉基膨潤土、硫酸鈉、聚乙二醇以及總重量2. 5倍的去離子水混合，置于超聲儀 中在55KHz的超聲下攪拌處理2. 5h，制得膨潤土膠體溶液備用； (3) 將羧基化多壁碳納米管、納米錳酸鋰以及總重量2. 5倍的去離子水混合攪拌2. 5h 至均勻，并采用低溫等離子體輔助處理增大其比表面積得改性多壁碳納米管備用； (4) 將改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液、膨潤土膠體溶液、改性多壁碳納米管進(jìn)行混合攪 拌均勻，之后加入聚乙烯基咪唑固化劑，并循環(huán)通入惰性氣體，在25°C下振蕩22h至固化， 之后加入碳二亞胺鹽酸鹽以及總重量3倍的去離子水100°C加熱5h，過濾，壓延制備成片 狀，180°C烘烤3. 5h至干燥即得。
[0011] 實(shí)施例2: 一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料，包括由下列 重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素18、短鏈醇9. 5、鈉基膨潤土 20、硫酸鈉13、聚乙二醇 10、羧基化多壁碳納米管17、包含銅離子的聚離子液體11. 5、納米錳酸鋰5、聚乙烯基咪唑 固化劑4. 5、碳二亞胺鹽酸鹽4. 5、適量的去咼子水。
[0012] -種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料的制備 方法，包括以下步驟： (1) 將蠶絲蛋白微晶纖維素、短鏈醇、包含銅離子的聚離子液體混合，置于超聲儀中采 用200W的超聲波輔助攪拌處理2. 5h，得改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液； (2) 將鈉基膨潤土、硫酸鈉、聚乙二醇以及總重量2. 5倍的去離子水混合，置于超聲儀 中在55KHz的超聲下攪拌處理2. 5h，制得膨潤土膠體溶液備用； (3) 將羧基化多壁碳納米管、納米錳酸鋰以及總重量2. 5倍的去離子水混合攪拌2. 5h 至均勻，并采用低溫等離子體輔助處理增大其比表面積得改性多壁碳納米管備用； (4) 將改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液、膨潤土膠體溶液、改性多壁碳納米管進(jìn)行混合攪 拌均勻，之后加入聚乙烯基咪唑固化劑，并循環(huán)通入惰性氣體，在25°C下振蕩22h至固化， 之后加入碳二亞胺鹽酸鹽以及總重量3倍的去離子水100°C加熱5h，過濾，壓延制備成片 狀，180°C烘烤3. 5h至干燥即得。
[0013] 實(shí)施例3: 一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料，包括由下列 重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素21、短鏈醇10、鈉基膨潤土 20、硫酸鈉13、聚乙二醇 10、羧基化多壁碳納米管15、包含銅離子的聚離子液體12、納米錳酸鋰4、聚乙烯基咪唑固 化劑4. 5、碳二亞胺鹽酸鹽4. 5、適量的去尚子水。
[0014] -種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料的制備 方法，包括以下步驟： (1) 將蠶絲蛋白微晶纖維素、短鏈醇、包含銅離子的聚離子液體混合，置于超聲儀中采 用200W的超聲波輔助攪拌處理2. 5h，得改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液； (2) 將鈉基膨潤土、硫酸鈉、聚乙二醇以及總重量2. 5倍的去離子水混合，置于超聲儀 中在55KHz的超聲下攪拌處理2. 5h，制得膨潤土膠體溶液備用； (3) 將羧基化多壁碳納米管、納米錳酸鋰以及總重量2. 5倍的去離子水混合攪拌2. 5h 至均勻，并采用低溫等離子體輔助處理增大其比表面積得改性多壁碳納米管備用； (4) 將改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液、膨潤土膠體溶液、改性多壁碳納米管進(jìn)行混合攪 拌均勻，之后加入聚乙烯基咪唑固化劑，并循環(huán)通入惰性氣體，在25°C下振蕩22h至固化， 之后加入碳二亞胺鹽酸鹽以及總重量3倍的去離子水100°C加熱5h，過濾，壓延制備成片 狀，180°C烘烤3. 5h至干燥即得。
[0015] 上述實(shí)施例1-3制得的電極材料的主要性能參數(shù)測試結(jié)果如表1所示。
[0016] 表1實(shí)施例1-3制得的電極材料的主要性能參數(shù)
由上表可知，本發(fā)明的電極材料具有良好的吸附效果和導(dǎo)電性能，能夠?qū)崿F(xiàn)生物燃料 的電池的高效分解產(chǎn)能需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料，其特征 在于，包括由下列重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素15-21、短鏈醇9-10、鈉基膨潤土 18-22、硫酸鈉12-14、聚乙二醇9-11、羧基化多壁碳納米管15-19、包含銅離子的聚離子液 體11-12、納米錳酸鋰4-6、聚乙烯基咪唑固化劑4-5、碳二亞胺鹽酸鹽4-5、適量的去離子 水。2. -種如權(quán)利要求1所述的基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電 池電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將蠶絲蛋白微晶纖維素、短鏈醇、包含銅離子的聚離子液體混合，置于超聲儀中采 用200W的超聲波輔助攪拌處理2-3h，得改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液； (2) 將鈉基膨潤土、硫酸鈉、聚乙二醇以及總重量2-3倍的去離子水混合，置于超聲儀 中在50-60KHZ的超聲下攪拌處理2-3h，制得膨潤土膠體溶液備用； (3) 將羧基化多壁碳納米管、納米錳酸鋰以及總重量2-3倍的去離子水混合攪拌2-3h 至均勻，并采用低溫等離子體輔助處理增大其比表面積得改性多壁碳納米管備用； (4) 將改性蠶絲蛋白微晶纖維素溶液、膨潤土膠體溶液、改性多壁碳納米管進(jìn)行混合攪 拌均勻，之后加入聚乙烯基咪唑固化劑，并循環(huán)通入惰性氣體，在25°C下振蕩20-24h至固 化，之后加入碳二亞胺鹽酸鹽以及總重量2-4倍的去離子水100°C加熱4-6h，過濾，壓延制 備成片狀，180°C烘烤3-4h至干燥即得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于蠶絲蛋白微晶纖維素和導(dǎo)電碳納米管的生物燃料電池電極材料以及制備方法，其包括由下列重量份的原料：蠶絲蛋白微晶纖維素15-21、短鏈醇9-10、鈉基膨潤土18-22、硫酸鈉12-14、聚乙二醇9-11、羧基化多壁碳納米管15-19、包含銅離子的聚離子液體11-12、納米錳酸鋰4-6、聚乙烯基咪唑固化劑4-5、碳二亞胺鹽酸鹽4-5、適量的去離子水。本發(fā)明結(jié)合了納米纖維的高比表面積和碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性的特點(diǎn)，有效提高了生物燃料電池電極處的氧化還原酶的催化效率。該材料具有制備過程簡單，容易從反應(yīng)體系中回收，提高酶的利用率和儲(chǔ)存穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，有效的提高了生物燃料電池的效率。
【IPC分類】H01M8/16, H01M4/90, H01M4/88
【公開號(hào)】CN105161735
【申請?zhí)枴緾N201510593007
【發(fā)明人】李愛冰
【申請人】李愛冰
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月17日