本发明属于应用生物电化学系统进行污水处理与资源化领域，具体涉及一种用于生物电化学系统的三维覆碳不锈钢网电极。
背景技术：
1、生物电化学系统是一类电化学生物反应器，通过生物催化剂催化电极上氧化还原反应的发生，从而实现电能与化学能的相互转换。应用生物电化学系统进行污(废)水处理时，不仅能够降解水中的污染物，还能产生电能等有价值的附加产物，是一种绿色低碳的水处理方式，受到广泛的关注。
2、随着技术的发展，生物电化学系统也已经从最开始的微生物燃料电池，发展为微生物电解池、脱盐池等多种多样的形式。然而目前对生物电化学系统的研究大多停留在实验室小试阶段，其放大应用受到诸多条件的限制。
3、电极是生物电化学系统的主要组成部件，是微生物定殖和氧化还原反应发生的主要位点，适合工程应用的大尺寸电极也是目前生物电化学系统放大应用的主要瓶颈之一。一般来说，适合放大应用的电极需要同时具备以下的特点：生物相容性好、化学性质稳定、导电性好、机械强度高、成本低，以及便于工业化生产等。
4、目前市场上缺乏同时满足上述条件的电极，主要应用的电极及其存在的不足如下所述。首先，相比于二维电极，具有三维结构的电极更加适合放大应用。一方面，三维电极的比表面积大，能够为电活性微生物(eabs)附着生长提供充足的位点，另一方面，具有一定构型的三维电极可以起到改善水力流态的作用，减少短流现象的发生。
5、目前，实验室小试规模常用的三维电极材料主要以碳基材料为主，比如碳刷、碳粘等。这类碳基材料电极化学性质稳定，生物相容性好，非常适合微生物的定殖生长，在小试规模展现出非常优异的使用效果。然而碳基材料电极导电性差，尺寸放大后，欧姆电阻损失变得非常大，而且机械强度较低，需要额外材料支撑电极构型，增加了使用成本。加上碳基材料本身的成本也比较高，因此普遍认为碳基材料电极不适合用于大规模应用的生物电化学系统中。
6、文章(chen s,he g,liu q,et al.layered corrugated electrodemacrostructures boost microbial bioelectrocatalysis[j].energy&environmentalscience,2012,5(12).http://doi.org/10.1039/c2ee23344d)描述了一种通过碳化瓦楞型纤维纸板制作的碳材料电极，这种电极具有良好的生物相容性，而且瓦楞型的结构能够为eabs提供充足的基质供应，其产生的投影电流密度达到7ma/cm2，而且随着层数的增加，投影电流密度也线性增加，表现出非常好的堆栈性能。虽然制作这种电极材料的成本比较低，但是这种电极的缺点也是非常明显的，其机械强度太低容易破碎，使用寿命不高。
7、金属基材料也被证明可以用于制作生物电化学系统中的电极，其一般具有较好的导电性和较高的机械强度，并且容易实现工业化生产。其中不锈钢材料，由于价格较低、耐腐蚀性好，被认为是最有潜力放大应用的电极材料。然而未改性的不锈钢材料表面光滑，微生物难以定殖，导致生物相容性较差，产生的电流密度远远低于碳基材料电极。
8、文章(guo k,donose b c,soeriyadi a h,et al.flame oxidation ofstainless steel felt enhances anodic biofilm formation and current output inbioelectrochemical systems[j].environmental science&technology,2014,48(12):7151-6.http://doi.org/10.1021/es500720g)描述了一种氢火焰氧化处理的不锈钢毡电极，这种电极表面覆盖了一层铁氧化物纳米颗粒，生物相容性得到了提高，产生的电流密度远高于未修饰处理的不锈钢毡电极，甚至达到了文献中报道的碳基材料电极的水平。然而这种方式处理的不锈钢毡电极耐腐蚀性已经降低，并且不锈钢毡这种基材孔径较小，容易堵塞。
9、目前，覆碳修饰的不锈钢材料由于兼具碳基材料生物相容性好和不锈钢材料电阻率低等二者的优点，得到越来越多的关注。然而，目前覆碳修饰的工艺，存在覆碳材料成本较高，覆碳工艺步骤复杂和覆碳效果不稳定等问题，难以实现工业化应用。
10、文章(hou j,liu z,yang s,et al.three-dimensional macroporous anodesbased on stainless steel fiber felt for high-performance microbial fuel cells[j].journal of power sources,2014,258:204-9.http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.02.035)描述了三种分别覆载碳纳米管、活性炭以及石墨烯的不锈钢毡电极，文章中使用全氟磺酸溶液作为粘附剂，通过浸渍、干燥等过程，将碳材料附着在不锈钢材料表面。虽然覆碳修饰后的不锈钢毡电极产生的电流密度得到了提高，但是由于覆载的碳材料和粘附剂的价格高昂，导致最终电极的成本甚至超过了碳基材料制作的电极。
技术实现思路
1、基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，以具有三维大孔结构的不锈钢网作为原料进行高温碳化，通过热解不锈钢网表面有机油剂的方式，在不锈钢网表面均匀覆载一层碳层，得到的不锈钢网电极具有导电性能好、化学性质稳定、机械强度高等优点，该不锈钢网电极的覆碳流程简单，成本低，易于实现工业化，覆碳后的电极材料具有良好的生物相容性，由于其具有三维大孔结构，比表面积大，不易堵塞，在厚度方向上具有良好的可堆栈性，放大应用的可行性高，克服了生物电化学系统放大应用时缺乏适合电极的瓶颈，应用前景良好，从而完成本发明。
2、本发明第一方面在于提供一种用于生物电化学系统的三维覆碳不锈钢网电极，该三维覆碳不锈钢网电极包括具有三维大孔结构的不锈钢网和覆载在其表面的碳层。
3、本发明第二方面在于提供一种本发明第一方面所述三维覆碳不锈钢网电极的制备方法，所述制备方法包括以表面粘附有机油剂的、具有三维大孔结构的不锈钢网为原料进行高温碳化。
4、本发明第三方面在于提供一种根据本发明第一方面所述的三维覆碳不锈钢网电极或由本发明第二方面所述制备方法制得的三维覆碳不锈钢网电极的应用，其可应用于生物电化学系统中，特别是用于大规模的生物电化学系统中。
1.一种用于生物电化学系统的三维覆碳不锈钢网电极，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的三维覆碳不锈钢网电极，其特征在于，具有三维大孔结构的不锈钢网的厚度为1～20mm。
3.根据权利要求1所述的三维覆碳不锈钢网电极，其特征在于，碳层包括通过fe-o-c键覆载在不锈钢表面的碳。
4.根据权利要求1所述的三维覆碳不锈钢网电极，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的三维覆碳不锈钢网电极，其特征在于，
6.一种制备权利要求1至5之一所述三维覆碳不锈钢网电极的方法，其特征在于，该方法包括以表面粘附有机油剂的、具有三维大孔结构的不锈钢网为原料进行高温碳化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
10.根据权利要求1至5之一所述的三维覆碳不锈钢网电极或由权利要求6至9之一所述制备方法制得的三维覆碳不锈钢网电极的应用，其可应用于生物电化学系统中，特别是可用于大规模的生物电化学系统。
