申请日2014.01.27
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号H01M4/90; B01J27/24
摘要
本发明公开了利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料的方法，包括以下步骤：首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下400～900摄氏度下煅烧1～3小时，然后去除无机物，干燥后得到燃料电池的自掺杂碳催化材料。本发明不仅处理了环境污染问题，同时制备了高性能的氧还原催化剂，合成方法简单，成本低。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料的方法，其特征在 于，包括以下步骤：
首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下于400～900摄氏 度下煅烧1～3小时，然后去除无机物，干燥后得到燃料电池的自掺杂碳催化材 料。
2.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料 的方法，其特征在于，所述去除无机物，具体为：采用酸处理，去除无机物。
3.据权利要求2所述的利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料的 方法，所述酸处理为采用氢氟酸、盐酸或磷酸进行处理。
4.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料 的方法，其特征在于，所述剩余污泥为生活污水剩余污泥或富含金属元素的剩 余污泥。
5.权利要求1～4任一项所述利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材 料的方法，其特征在于，所述燃料电池的自掺杂碳催化材料包括氮掺杂的多孔 碳和金属掺杂的多孔碳。
说明书
一种利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料的方法
技术领域
本发明涉及燃料催化材料领域，特别涉及一种利用剩余污泥制备燃料电池 的自掺杂碳催化材料的方法。
背景技术
燃料电池是一种绿色环保新能源技术，其中铂基氧还原电催化材料是最有 效的燃料电池电极材料。但是由于其高的价格、低储量和易中毒等特点限制了 铂基催化剂的应用。开发低成本的非贵金属和非金属的氧还原催化剂引起研究 人员的广泛关注。同时，通过氮、硫等掺杂氧还原电极材料可以显著提高氧还 原特性。另一方面，全球性污染问题日趋严重，如何有效地治理环境污染成为 了人类面临和亟待解决的重大课题。水中污染物来源于工业和农业领域，如矿 场、造纸、纺织、电镀及生活污水等污染源。包含大量的有害有机污染物和重 金属离子的水污染物会对人体健康造成严重的危害，也进一步加剧了水资源的 短缺，严重影响工农业生产及居民的日常生活。目前用于污水处理的最有效方 法是微生物降解法，通过微生物吸附、吸收和转化过程，除水中的污染物。但 微生物降解法在获得干净水的同时，也产生了大量的复合重金属和有机污染物 的剩余污泥。剩余污泥根据不同的来源成分有所不同，如钢铁厂剩余污泥富含 铁盐，电镀厂剩余污泥富含重金属，印刷厂剩余污泥富含氮化合物等。无论何 种剩余污泥，其主要组成分为以下几个部分：无机物(氧化硅等)，有机物(微 生物细胞、酚类等)和金属离子(铁离子、铜离子、铬离子、镍离子等)。如何 有效地处理这些带污染的剩余污泥成为科研人员的一个急需解决的难题。目前， 这些污泥通常采用填埋等简单方式处理，这种处理方式会使剩余污泥中的污染 物再次渗透到土壤和地下水中，无法根本解决环境污染问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用剩 余污泥制备燃料电池的氧还原电极材料的方法，不仅处理了环境污染问题，同 时制备了高性能的自掺杂的氧还原碳基催化剂，合成方法简单，成本低。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种利用剩余污泥制备燃料电池的自掺杂碳催化材料的方法，包括以下步 骤：
首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下于400～900摄氏 度下煅烧1～3小时，干燥后得到燃料电池的自掺杂碳催化材料。
所述去除无机物，具体为：采用酸处理，去除无机物。
所述酸处理为采用氢氟酸、盐酸或磷酸进行处理。
所述剩余污泥为生活污水剩余污泥或富含金属元素的剩余污泥。
所述燃料电池的自掺杂碳催化材料包括氮掺杂的多孔碳和金属掺杂的多孔 碳。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明解决了剩余污泥污染环境的问题，并变废为宝制备了燃料电池的 自掺杂碳催化材料。
2.本发明合成的燃料电池的自掺杂碳催化材料具有高的比表面积、高的氧 还原活性、良好的循环稳定性和耐中毒性。
3.本发明制备的燃料电池的自掺杂碳催化材料所需的碳和金属金属元素， 以及自掺杂的氮等素都全部来源于剩余污泥。
4.本发明的合成工艺简单，制备成本低，原料丰富。
