CN111809052A - 一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，构建双室微生物燃料电池，包括阴极室和阳极室，阴极室和阳极室之间由质子交换膜隔开；阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，阴极室中包括负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极和钴酸锂，阳极和阴极之间外接一个电阻，阴极外加光源；阳极室中以乙酸钠溶液为底物并接种驯化后的厌氧污泥，阴极室中加满氯化钠溶液，然后调节pH，连接阴极和阳极形成闭合回路，并在阴极浸出钴酸锂中的钴。本发明方法简单，是一种绿色环保、成本低廉的钴酸锂处理回收方式。
Description
技术领域
本发明涉及废锂电池回收技术领域，具体涉及为一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法。
背景技术
钴酸锂由于体积小，重量轻，能量密度高等特点，被广泛应用于手机、笔记本电脑及其他电子设备中。随着电子产品需求的日益增加和更新换代，产生了大量的废旧锂电池。这些锂电池中有价金属含量丰富，具有很高的回收价值。其中钴含量占锂电池的5％-20％，是正极材料的重要组成部分。因此，回收钴是处理废锂电池的主要目标之一。传统废锂电池处理方法主要有火法冶金、湿法浸出和生物浸出等。这些方法为废锂离子电池的处理提供理论基础，但是巨大的能源消耗，昂贵的成本和严重的二次污染促使人们寻求一种成本更低且高效、绿色环保的处理技术。
专利(CN107221724A)先将废旧锂电池拆解，经过预处理得到废旧锂电池正极粉料，加入一定量的硫化剂煅烧，得到金属硫化物和锂化合物，再加水搅拌分离得到含锂滤液。此方法虽然锂的总回收率很高，达到了97.43％，环境污染小，但是在回收过程中，消耗了大量的化学试剂和化石燃料，成本高。
专利(CN107083484A)先将废旧锂电池粉碎，分别用氢氧化钠和盐酸调节pH，回收氢氧化铝沉淀，再加硫酸和双氧水浸提，最后依次加入草酸溶液和碳酸钠，回收锂滤液。此方法虽然可以实现铝、钴、锂和镍等多种金属的回收，但在回收过程中消耗了大量的酸性试剂，同时伴随着草酸等酸性气体产生，污染环境。
专利(CN107058742A)废旧锂电池粉用酸溶解，溶解液经提取后得到含锂料液，再经过调节pH、萃取、洗涤和反萃取得到锂盐反萃取液，反萃取液经除油、蒸发、冷却结晶、过滤烘干得到无水锂盐。该方法金属回收率高，辅料消耗低，但是在回收过程中，需要萃取和反萃取等多个操作，步骤繁琐，操作要求高。
专利(CN109722538A)在恒温氩气氛围下，以石墨棒为阳极，以废旧锂电池中钴酸锂片为阴极，将两电极片置于熔盐中，施加恒电压电解，得到Co或CoO粉末。该方法操作简单、无污染，但是需要控制温度和电压，增加了能源的消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，本发明方法简单成本低、绿色环保且钴酸锂中的钴浸出率高。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，
构建双室微生物燃料电池，包括阴极室和阳极室，所述阴极室和所述阳极室之间由质子交换膜隔开；
所述阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，所述阴极室中包括负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极和钴酸锂，所述阳极和所述阴极之间外接一个电阻，所述阴极外加光源；
所述阳极室中以乙酸钠溶液为底物并接种驯化后的厌氧污泥，所述阴极室中加满氯化钠溶液，然后调节pH，连接所述阴极和所述阳极形成闭合回路，并在所述阴极浸出钴酸锂中的钴。本发明一方面通过化学氧化法制备负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸，拓宽了TiO2光谱响应范围，提高光能利用率和光电子的分离度，增强了复合材料的光催化效率，另一方面将负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)的阴极，将光能和化学能转化为电能，提高了电子传递效率和阴极Co(Ⅱ)的浸出率，是一种绿色环保、成本低廉的钴酸锂处理回收方法。
进一步，所述碳纸的预处理过程为：将碳纸先用稀硫酸浸泡10-30分钟，再用去离子水冲洗3-5次，然后在60-80℃下烘干20-24小时。
进一步，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法为：
(1)将TiO2干燥，然后超声分散到盐酸和吡咯单体的混合液中并搅拌得到第一分散液；
(2)将无水FeCl3分散于甲醇溶液得到第二分散液，然后向所述第二混合液中缓慢滴加上述第一混合液进行反应，反应后依次用盐酸、无水乙醇、蒸馏水洗涤至产物为中性，收集产物干燥、研磨得到PPy/TiO2光催化复合材料。
进一步，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法：步骤(1)中所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为20-24小时，所述TiO2和所述混合液的质量体积比为1g/mL，所述吡咯单体的体积占所述混合液体积的1％-2％，所述盐酸的浓度为1.2mol/L。
进一步，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法：步骤(2)中所述无水FeCl3和所述甲醇溶液的质量体积比为0.1-0.15g/mL，所述第一分散液与所述第二分散液的体积比为5：1，所述反应时间为8-12小时，所述干燥温度为50-60℃，干燥时间为18-24小时。
进一步，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法为：
(1)称取上述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法制得的PPy/TiO2光催化复合材料与粘结剂混合，加入N-甲基吡咯烷酮并搅拌均匀，然后研磨得到分散材料；
(2)将分散材料涂覆在预处理后的碳纸上，然后干燥，得到负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸。
进一步，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法：步骤(1)中所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述PPy/TiO2光催化复合材料与所述粘结剂的质量比为4：1，所述PPy/TiO2光催化复合材料与所述N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2。
进一步，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法：步骤(2)中所述干燥为真空干燥，所述干燥温度为50-70℃，干燥时间为20-24小时。
进一步，所述厌氧污泥与所述乙酸钠溶液的体积比为8：17，所述厌氧污泥与所述乙酸钠溶液的体积之和等于所述阳极室的有效容积。
进一步，所述氯化钠溶液的浓度为100-200mmol/L，所述乙酸钠溶液的浓度为0.5-2.0g/L，所述pH的调节范围是2-6，所述钴酸锂与所述氯化钠溶液的质量体积比为0.1-0.2mg/mL，所述光源与所述微生物燃料电池的阴极保持30-70cm的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明以碳纸为基板，并负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料，然后将负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的碳纸作为微生物燃料电池的阴极，使阴极电极表现出优异的光催化性能，电池的产电性能和钴酸锂的浸出率都得到提升，在光照条件下，负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料改性碳纸作为阴极所构建的微生物燃料电池的最大功率密度和最大Co(Ⅱ)浸出率分别为10425.7mW·m-2和47.8％，远高于空白碳纸的5292.5mW·m-2和25.5％；
(2)本发明利用负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为微生物燃料电池的阴极，使改性碳纸与微生物燃料电池(MFC)相结合，充分利用了光能和化学能，增加了电子的数量，提升了电子的传递效率；
(3)本发明方法采用负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为阴极电极，在阴极直接产生电子，减少电子在传递过程中的损耗，使Co(Ⅲ)电子受体可以接受到更多的电子，极大提高电子的利用率，整个系统在产电和浸出过程无额外消耗，是一种绿色环保、成本低廉的钴酸锂处理回收方式。
附图说明
图1为本发明方法构建的光催化微生物燃料电池(MFC)装置的示意图；
图2为实例1中负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸、对比例1碳纸及对比例2负载TiO2光催化材料的碳纸作为阴极构建光催化微生物燃料电池(MFC)的输出电压；
图3为实例1中负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸、对比例1碳纸及对比例2负载TiO2光催化材料的碳纸作为阴极构建光催化微生物燃料电池(MFC)的功率密度；
图4为实例1中负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸和对比例2中负载TiO2光催化材料的碳纸的扫描电镜(SEM)图谱；
图5为实例1中聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料和对比例2中负载TiO2光催化材料的碳纸两者的IR图谱。
具体实施方式
实施例1
一、聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料改性碳纸的制备：
(1)碳纸的预处理：选用50×50×1mm的碳纸作为微生物燃料电池(MFC)阳极和阴极的材料，将上述碳纸先用稀硫酸浸泡30分钟，浸泡后再用去离子水冲洗3次，去除碳纸表面的杂质，然后在60℃下烘干24小时，然后将烘干后的碳纸与铜导线相连，并在连接处包覆环氧树脂，放置于干燥皿中备用；
(2)聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的制备：①称取10.0g的二氧化钛(TiO2)放置于60℃烘箱中干燥24小时，将干燥后的二氧化钛超声分散到100.0mL的盐酸和吡咯单体的混合液中并搅拌得到第一分散液(其中吡咯单体为1.25mL、盐酸为98.75mL，盐酸的浓度为1.2mol/L)；②将2.3g无水FeCl3分散于20.0mL的甲醇溶液中得到第二分散液，然后将上述第一分散液全部缓慢滴加到第二分散液中，搅拌反应12小时使吡咯单体在二氧化钛表面充分聚合，反应后依次用1.2mol/L的盐酸、无水乙醇、蒸馏水反复洗涤至产物为中性，然后收集产物在60℃下干燥18小时，干燥后将产物手动研磨10分钟得到聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料；
(3)负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸的制备：①分别称取300.0mg的聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料和75.0mg的聚四氟乙烯，接着加入600.0mg的N-甲基吡咯烷酮，然后手动研磨10分钟，得到分散材料；②将分散材料均匀涂覆在经过上述步骤(1)预处理后的碳纸上，然后在50℃下真空干燥24小时，得到负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸；
二、构建微生物燃料电池(MFC)：构建双室微生物燃料电池(如图1所示)，包括阴极室和阳极室，两极室的有效容积均为500mL，阴极室和阳极室之间由质子交换膜隔开，质子交换膜有效面积为8cm2；阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，阴极室中包括负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极，阳极和阴极之间连接一个电阻，在阳极室中加入160mL驯化后的厌氧污泥为接种污泥，以340mL浓度为2g/L的乙酸钠溶液为底物，然后在阴极室中加满500mL浓度为100mmol/L的氯化钠溶液和0.05g的钴酸锂固体粉末并调节pH为2,在阴极外70cm处外加一个100W的白炽灯，将阴阳极用铜导线相连形成闭合的回路，在阴极浸出Co(Ⅱ)。
光催化微生物燃料电池(MFC)浸出Co(Ⅱ)的工作原理如图1所示，阳极底物在微生物催化作用下，被氧化并产生质子和电子，质子通过质子交换膜传递到阴极，电子通过外电路到达阴极，同时光电阴极在光照条件下生成了自由电子，部分电子被LiCoO2(Co(Ⅲ))利用，发生还原反应，在阴极还原为Co(Ⅱ)，另一部分电子则与质子和空气中的O2结合，生成水。Co(Ⅱ)浸出机理：
阳极：
阴极：4H++O2+4e-→2H2O Co3++e-→Co2+
测量光催化微生物燃料电池(MFC)运行后的的开路电压、功率密度及阴极液中Co(Ⅱ)的浓度，具体结果参见表1。
对比例1
本对比例1与实例1制备方法过程相同，不同点在于微生物燃料电池(MFC)阴极为预处理后的空白碳纸。
测量光催化微生物燃料电池(MFC)运行后的的开路电压、功率密度及阴极液中Co(Ⅱ)的浓度，具体结果参见表1。
对比例2
本对比例2与实例1制备方法过程相同，不同点在于微生物燃料电池(MFC)的阴极按照上述实施例1中步骤(3)的方法将TiO2负载于碳纸上。
测量光催化微生物燃料电池(MFC)运行后的的开路电压、功率密度及阴极液中Co(Ⅱ)的浓度，具体结果参见表1。
表1为实施例1、对比例1及对比例2的数据：
表1
MFC启动后，记录实施例1、对比例1和对比例2的输出电压，数据如图2所示，装置启动初期MFC的输出电压迅速上升，待输出电压稳定后接入400Ω电阻。由图2可知，在电阻接入后，MFC的输出电压有所减低，这是由于外接电阻串联分压导致。待MFC系统运行15天，对比例1和对比例2构建的MFC的输出电压下降至0.1V以下，装置停止运行，而实施例1负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为阴极所构建的MFC的输出电压未降低到0.1V以下，是因为光电阴极可以持续产生微弱的电流。
通过稳态放电法，测量输出电流后计算出实施例1、对比例1和对比例2的功率密度，数据如图3所示，实施例1中负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为阴极所构建的MFC的最大功率密度为10425.7mW·m-2，分别是对比例1碳纸5292.5mW·m-2和对比例2TiO2改性碳纸5618.2mW·m-2的1.97和1.86倍。
光催化MFC运行结束，用原子吸收光谱仪测定阴极液中Co(Ⅱ)的浓度如表1所示。由表1可知，负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸阴极Co(Ⅱ)的浸出率为47.8％，分别是碳纸和TiO2改性碳纸浸出率的1.87和1.76倍。由此可见光催化MFC对Co(Ⅱ)的浸出率有着较大的促进作用。
通过扫描电镜(SEM)对实施例1中PPy/TiO2光催化复合材料和对比例2中纯TiO2光催化材料表征，如图4所示，图4(a)中纯TiO2光催化材料颗粒粒径不均匀且有团聚现象；但用PPy敏化TiO2后，图4(b)PPy/TiO2光催化复合材料的表面形貌呈现球状，粒径尺寸较小，颗粒分散均匀，孔隙较多，PPy吸附在TiO2颗粒的表面，阻碍了TiO2颗粒之间的团聚，更利于光催化复合材料对可见光的吸收。
测试实施例1中PPy/TiO2光催化复合材料和对比例2中纯TiO2光催化材料两者的IR图谱，如图5所示,在纯TiO2光催化材料红外光谱中，3422和1617cm-1对应的O-H伸缩和弯曲振动；622和524cm-1处为TiO2中Ti-O的伸缩振动，在用PPy敏化TiO2后,PPy/TiO2光催化复合材料红外光谱中出现聚吡咯的特征峰，表明通过化学氧化法，成功制得PPy/TiO2复合材料。
实施例2
一、聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料改性碳纸的制备：
(1)碳纸的预处理：选用50×50×1mm的碳纸作为微生物燃料电池(MFC)阳极和阴极的材料，将上述碳纸先用稀硫酸浸泡10分钟，浸泡后再用去离子水冲洗5次，去除碳纸表面的杂质，然后在80℃下烘干22小时，然后将烘干后的碳纸与铜导线相连，并在连接处包覆环氧树脂，放置于干燥皿中备用；
(2)聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的制备：①称取10.0g的二氧化钛(TiO2)放置于70℃烘箱中干燥20小时，将干燥后的二氧化钛超声分散到100.0mL的盐酸和吡咯单体的混合液中并搅拌得到第一分散液(其中吡咯单体为1.00mL、盐酸为99.00mL，盐酸的浓度为1.2mol/L)；②将3.0g无水FeCl3分散于20.0mL的甲醇溶液中得到第二分散液，然后将上述第一分散液全部缓慢滴加到第二分散液中，搅拌反应8小时使吡咯单体在二氧化钛表面充分聚合，反应后依次用1.2mol/L的盐酸、无水乙醇、蒸馏水反复洗涤至产物为中性，然后收集产物在50℃下干燥24小时，干燥后将产物手动研磨10分钟得到聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料；
(3)负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸的制备：①分别称取300.0mg的聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料和75.0mg的聚四氟乙烯，接着加入600.0mg的N-甲基吡咯烷酮，然后手动研磨10分钟，得到分散材料；②将分散材料均匀涂覆在经过步骤(1)预处理后的碳纸上，然后在70℃下真空干燥20小时，得到负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸；
二、构建微生物燃料电池(MFC)：构建双室微生物燃料电池(如图1所示)，包括阴极室和阳极室，两极室的有效容积均为500mL，阴极室和阳极室之间由质子交换膜隔开，质子交换膜有效面积为8cm2；阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，阴极室中包括负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极，阳极和阴极之间连接一个电阻，在阳极室中加入160mL驯化后的厌氧污泥为接种污泥，以340mL浓度为0.5g/L的乙酸钠溶液为底物，然后在阴极室中加满500mL浓度为200mmol/L的氯化钠溶液和0.1g的钴酸锂固体粉末并调节pH为6,在阴极外30cm处外加一个100W的白炽灯，将阴阳极用铜导线相连形成闭合的回路，在阴极浸出Co(Ⅱ)。
测量光催化MFC运行后的的开路电压、功率密度及阴极液中Co(Ⅱ)的浓度，具体结果参见表2。
对比例3
构建一组光催化MFC装置，对比例3构建方式与实施例2完全一致，不同点在于对比例3的阴极不另加光源，并放置于阴暗处。
测量电流电压，阴极Co(Ⅱ)浸出率，并通过稳态放电法计算相应的功率密度，具体数据参见表2。
表2为实施例2和对比例3的数据：
表2
从表2数据可以看出，实施例2光照环境下的负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为阴极构建的MFC的最大功率密度10138.9mW·m-2是对比例3暗环境下的负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸作为阴极构建的MFC的最大功率密度5618.2mW·m-2的1.8倍，有着较大的提升。
光催化MFC装置运行后，在光照的影响，光催化复合材料开始在阴极产生了自由电子，被LiCoO2利用，还原为Co(Ⅱ)。实施例2中的Co(Ⅱ)浸出率是对比例3的1.6倍。由此可见，光催化复合材料电极对Co(Ⅱ)浸出有着极大促进作用。
实施例3
一、聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料改性碳纸的制备：
(1)碳纸的预处理：选用50×50×1mm的碳纸作为微生物燃料电池(MFC)阳极和阴极的材料，将上述碳纸先用稀硫酸浸泡20分钟，浸泡后再用去离子水冲洗4次，去除碳纸表面的杂质，然后在70℃下烘干20小时，然后将烘干后的碳纸与铜导线相连，并在连接处包覆环氧树脂，放置于干燥皿中备用；
(2)聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的制备：①称取10.0g的二氧化钛(TiO2)放置于65℃烘箱中干燥22小时，将干燥后的二氧化钛超声分散到100.0mL的盐酸和吡咯单体的混合液中并搅拌得到第一分散液(其中吡咯单体为2.00mL、盐酸为98.00mL，盐酸的浓度为1.2mol/L)；②将2.0g无水FeCl3分散于20.0mL的甲醇溶液中得到第二分散液，然后将上述第一分散液全部缓慢滴加到第二分散液中，搅拌反应10小时使吡咯单体在二氧化钛表面充分聚合，反应后依次用1.2mol/L的盐酸、无水乙醇、蒸馏水反复洗涤至产物为中性，然后收集产物在55℃下干燥20小时，干燥后将产物手动研磨10分钟得到聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料；
(3)负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸的制备：①分别称取300.0mg的聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料和75.0mg的聚四氟乙烯，接着加入600.0mg的N-甲基吡咯烷酮，然后手动研磨10分钟，得到分散材料；②将分散材料均匀涂覆在经过步骤(1)预处理后的碳纸上，然后在60℃下真空干燥22小时，得到负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸；
二、构建微生物燃料电池(MFC)：构建双室微生物燃料电池(如图1所示)，包括阴极室和阳极室，两极室的有效容积均为500mL，阴极室和阳极室之间由质子交换膜隔开，质子交换膜有效面积为8cm2；阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，阴极室中包括负载聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO2)光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极，阳极和阴极之间连接一个电阻，在阳极室中加入160mL驯化后的厌氧污泥为接种污泥，以340mL浓度为1.2g/L的乙酸钠溶液为底物，然后在阴极室中加满500mL浓度为150mmol/L的氯化钠溶液和0.07g的钴酸锂固体粉末并调节pH为4,在阴极外50cm处外加一个100W的白炽灯，将阴阳极用铜导线相连形成闭合的回路，在阴极浸出Co(Ⅱ)。
测量光催化MFC运行后的的开路电压、功率密度及阴极液中Co(Ⅱ)的浓度，本实施例3中开路电压为0.660V，最大功率密度为8464mW/m2，阴极Co(Ⅱ)的浸出率为44.8％。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，
构建双室微生物燃料电池，包括阴极室和阳极室，所述阴极室和所述阳极室之间由质子交换膜隔开；
所述阳极室中包括预处理后的碳纸所制成的阳极，所述阴极室中包括负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸所制成的阴极和钴酸锂，所述阳极和所述阴极之间外接一个电阻，所述阴极外加光源；
所述阳极室中以乙酸钠溶液为底物并接种驯化后的厌氧污泥，所述阴极室中加满氯化钠溶液，然后调节pH，连接所述阴极和所述阳极形成闭合回路，并在所述阴极浸出钴酸锂中的钴。
2.根据权利要求1所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述碳纸的预处理过程为：将碳纸先用稀硫酸浸泡10-30分钟，再用去离子水冲洗3-5次，然后在60-80℃下烘干20-24小时。
3.根据权利要求1所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法为：
(1)将TiO2干燥，然后超声分散到盐酸和吡咯单体的混合液中并搅拌得到第一分散液；
(2)将无水FeCl3分散于甲醇溶液得到第二分散液，然后向所述第二分散液中缓慢滴加上述第一分散液进行反应，反应后依次用盐酸、无水乙醇、蒸馏水洗涤至产物为中性，收集产物干燥、研磨得到PPy/TiO2光催化复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法：步骤(1)中所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为20-24小时，所述TiO2和所述混合液的质量体积比为1g/mL，所述吡咯单体的体积占所述混合液体积的1％-2％，所述盐酸的浓度为1.2mol/L。
5.根据权利要求3所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法：步骤(2)中所述无水FeCl3和所述甲醇溶液的质量体积比为0.1-0.15g/mL，所述第一分散液与所述第二分散液的体积比为5：1，所述反应时间为8-12小时，所述干燥温度为50-60℃，干燥时间为18-24小时。
6.根据权利要求1所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法为：
(1)称取权利要求3-5任一项所述的PPy/TiO2光催化复合材料的制备方法制得的PPy/TiO2光催化复合材料与粘结剂混合，加入N-甲基吡咯烷酮并搅拌均匀，然后研磨得到分散材料；
(2)将分散材料涂覆在预处理后的碳纸上，然后干燥，得到负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸。
7.根据权利要求6所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法：步骤(1)中所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述PPy/TiO2光催化复合材料与所述粘结剂的质量比为4：1，所述PPy/TiO2光催化复合材料与所述N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2。
8.根据权利要求6所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述负载PPy/TiO2光催化复合材料的改性碳纸的制备方法：步骤(2)中所述干燥为真空干燥，所述干燥温度为50-70℃，干燥时间为20-24小时。
9.根据权利要求1所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述厌氧污泥与所述乙酸钠溶液的体积比为8：17，所述厌氧污泥与所述乙酸钠溶液的体积之和等于所述阳极室的有效容积。
10.根据权利要求1所述的一种光催化微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法，其特征在于，所述氯化钠溶液的浓度为100-200mmol/L，所述乙酸钠溶液的浓度为0.5-2.0g/L，所述pH的调节范围是2-6，所述钴酸锂与所述氯化钠溶液的质量体积比为0.1-0.2mg/mL，所述光源与所述微生物燃料电池的阴极保持30-70cm的距离。
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2020
- 2020-06-23 CN CN202010582746.3A patent/CN111809052B/zh active Active
Patent Citations (1)
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| CN110265676A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-09-20 | 江苏理工学院 | 一种利用微生物燃料电池浸出钴酸锂的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114854989A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-05 | 江苏师范大学 | 一种光催化强化废旧锂离子电池正极活性物质浸出的方法 |
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