本发明属于生物电极，具体涉及一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法及应用。
背景技术：
1、在生物技术处理化工行业废水的过程中，微生物的活性及电子传递的效率是影响生物净化效果的关键。其中微生物电化学系统(bes)作为一种新技术目前广泛应用于环境生物修复中，主要原理是利用微生物对有机污染物进行降解同时原位将污染物中的化学能转化为电能，是一种新型的生物技术和能源回收技术。其中具有代表性的技术就是微生物燃料电池(mfc)和微生物电解池(mec)。
2、其中，电极的材料及选择直接影响bes对污染物的降解效率及电压输出。目前应用较广的生物电极材料大多为碳基材料(石墨电极、碳布等)、金属材料(泡沫镍、钛丝网等)、导电聚合物材料(玻璃碳)和复合电极(聚苯胺涂层、碳纳米管复合物)。其中碳基材料因其良好的电化学稳定性、生物相容性和结构可塑性，在微生物燃料电池中得到了广泛的应用。相较于其他电极材料，碳基材料廉价易得但相较于常规生物系统中的填料仍较为昂贵，无法大规模量产使用，因此限制了bes废水处理中的工业应用。而普通生物填料大部分不具有良好的导电性能，无法构建bes以提高生物降解的效果，只能起到富集微生物形成生物膜的作用，因此开发新型生物电极材料以进行工业应用的要求较为迫切。
3、工业废水中含有多种难降解的有机物，这些物质对环境和人类健康构成威胁。化工行业生产过程产生的废水中往往含有大量难降解的有机污染物质，且成分复杂，浓度较高，可生化性能较差，生物技术无法达到预期效果。
4、因此如何通过对复合生物电极的制备方法及材料进行改进，以进一步提高其生物亲和性和力学性能，以提高对污水的生物降解性能成为本领域有待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，用于解决如何通过对复合生物电极的制备方法及材料进行改进，以进一步提高其生物亲和性和力学性能，以提高对污水的生物降解性能的技术问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)用索氏提取法，将玄武岩纤维置于溶剂中，通过加热回流溶解玄武岩纤维表面原有的浸润剂，索氏提取结束后取出，用水清洗烘干，得到洁净玄武岩纤维；
5、(2)玄武岩纤维的刻蚀处理：采用氢氧化钠、盐酸、硝酸配制刻蚀溶液，将洁净玄武岩纤维浸没于刻蚀溶液中，刻蚀增加纤维比表面积、表面粗糙度和粘附力，反应结束后取出，用水清洗烘干，得到玄武岩纤维填料；
6、(3)将碳纤维剪切后经盐酸、硫酸依次浸泡2h以上，放入丙酮中过夜存放后取出烘干；
7、(4)将玄武岩纤维填料与碳纤维采用2：1比例分股编制连接，同时将碳纤维连接到玄武岩纤维末端，得到玄武岩碳纤维复合材料；
8、(5)称取ti60合金粉末和sicnw，装入球磨罐，然后置于行星球磨机中进行球磨，得到混合粉末；
9、(6)将混合粉末放入直径为1mm的石墨模具中，使用放电等离子活化烧结炉进行烧结，以完成sicnw与ti60的耦合，最终得到sicnw/ti60复合材料；
10、(7)将编制好的玄武岩碳纤维复合材料用两根sicnw/ti60复合材料夹住，并不断扭转两根钛丝，将玄武岩碳纤维复合材料与sicnw/ti60复合材料紧紧相连，得到玄武岩耦合碳纤维复合生物电极材料。
11、进一步地，所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，步骤(1)中，所用溶剂为丙酮、异丙醇、环己烷、石油醚中的一种，加热回流的温度为40～100℃，加热回流的时间为12～72h。
12、进一步地，所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，步骤(2)中，氢氧化钠浓度为0.5～2mol/l；盐酸浓度为0.5～2mol/l；硝酸浓度为0.01～0.1mol/l；刻蚀时间为10～120min，刻蚀溶液温度为20～100℃。
13、优选地，氢氧化钠浓度为1mol/l；盐酸浓度为1mol/l；硝酸浓度为0.03mol/l；刻蚀时间为60min，刻蚀溶液温度为40℃。
14、进一步地，所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，步骤(5)中，球磨罐和磨球材质均为不锈钢，球料比为3～5：1；球磨机转速为300～500r/min，球磨时间为4～6h。
15、进一步地，所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，步骤(6)中，烧结温度为1000～1200℃，压力为40～60mpa，保温时间为5～20min。
16、本发明还提供了一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的应用方法，将其应用在微生物电解池中，微生物电解池反应器的组装方法包括以下步骤：
17、(1)将玄武岩耦合碳纤维复合生物电极材料组装，得到微生物电解池的阳极、阴极；
18、(2)接种菌群：将污泥中的电活性菌群接种到反应器的阳极；
19、(3)培养生物膜：在接种后，培养7天后形成稳定的电活性生物膜；
20、(4)废水添加：稳定的电活性生物膜形成后，浸入人工配制的合成废水，控制废水中的ph为6～8；
21、(5)运行：在微生物电解池的阳极和阴极之间外加电压，电压范围为0.02～0.4v；
22、(6)性能监测：在运行过程中，定期监测微生物电解池的性能。
23、优选地，步骤(2)中接种的污泥取自燕京啤酒桂林漓泉股份有限公司，取出的新鲜污泥在实验室厌氧培养一周后，按泥水体积比1:2加入自来水稀释，然后在装置的阳极通入2l稀释后的污泥；步骤(4)控制废水中的ph为7。
24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
25、1、本发明的玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，在现有技术的基础上，将玄武岩纤维填料与碳纤维分股编制连接，玄武岩碳纤维复合材料与sicnw/ti60复合材料紧紧相连；由于玄武岩纤维具有较大的比表面积和优越的生物相容性，碳纤维优异的导电性，sicnw/ti60复合材料具有良好的生物亲和性和稳定的电化学性能以及优异的力学性能，极大提升了电极生物承载性能和导电性以及力学性能，将其应用至微生物电解池中，微生物可迅速附着于电极材料并形成生物膜，放置于常规生物滤池及生物系统中，可显著提升生物降解性能。
26、2、玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法操作简单，成本低廉、工艺条件温和，sicnw/ti60复合材料以及电活性菌的加入可以使有机物去除效率提高，为工业废水处理提供了一种高效的解决方案。
1.一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用溶剂为丙酮、异丙醇、环己烷、石油醚中的一种；加热回流的温度为40～100℃，加热回流的时间为12～72h。
3.根据权利要求1所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氢氧化钠浓度为0.5～2mol/l，盐酸浓度为0.5～2mol/l，硝酸浓度为0.01～0.1mol/l，刻蚀时间为10～120min，刻蚀溶液温度为20～100℃。
4.根据权利要求1所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，球料比为3～5：1；球磨机转速为300～500r/min，球磨时间为4～6h。
5.根据权利要求1所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，烧结温度为1000～1200℃，压力为40～60mpa，保温时间为5～20min。
6.一种玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的应用方法，其特征在于，将其应用在微生物电解池中，微生物电解池反应器的组装方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的应用方法，其特征在于，步骤(2)中接种的污泥取自燕京啤酒桂林漓泉股份有限公司，取出的新鲜污泥在实验室厌氧培养一周后，按泥水体积比1:2加入自来水稀释，然后在装置的阳极通入2l稀释后的污泥。
8.根据权利要求6所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的应用方法，其特征在于，步骤(4)中控制废水中的ph为6～8。
9.根据权利要求6所述玄武岩耦合碳纤维复合生物电极的应用方法，其特征在于，步骤(5)中电压范围为0.02～0.4v。
