微生物燃料电池阳极纳米材料调控及其生物-电催化机理研究

发布时间：2021-12-10 18:24

　　随着环境污染及能源短缺等问题的日趋严重,微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）作为一种新型能源技术,能在产生清洁电能的同时有效降解污染物或有机废物,近年来受到了广泛的关注。MFC能在常温下工作,采用具有丰富灵活代谢途径的微生物作为生物催化剂代替了传统燃料电池中昂贵的贵金属或者其他化学催化剂,使得其在污水处理、生态修复和便携式能源器件等领域具有巨大的应用前景。然而,因受限于MFC阳极上的微生物吸附量及产电菌与电极之间的电子转移效率等生物电催化性能,使得MFC启动速度较慢并且输出功率较低,极大地限制了MFC的实际应用。尽管已经有各种阳极材料被大量报道,但是由于生物电化学体系的复杂性和多变性,目前对纳米材料界面上电子传递机制以及纳米结构和表面性质对细菌外膜蛋白转运电子和细菌膜生长的影响等研究仍然不够深入,而这一点对合理设计材料的纳米结构和表面性质以及制备高性能的MFC阳极材料至关重要。微生物催化剂与电极之间的胞外电子传递过程是影响MFC性能的主要因素,虽然研究已经表明阳极纳米材料的表面性质及其空间结构对MFC阳极动力学过程有较大影响,但是阳极材料的纳米结构及表面性质... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

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? 2+ 24 +24 催化剂→ 12 2 其反应原理如图 1.2 所示：图 1.2 典型的 H 型双室微生物燃料电池原理结构示意图1.2.3 微生物燃料电池的分类根据微生物产电菌的产电原理可将 MFC 的构造设计成很多样式，导致经过大量课题组近 10 年来的研究与发展，目前 MFC 种类繁多并且构造多样化，因此通过对这些电池进行分类将有助于进一步了解微生物燃料电池的本质，进一步促进该技术的快速发展。图 1.3 显示了按照不同依据划分的 MFC 类型。

图 1.3 微生物燃料电池分类示意图根据电池构型可分为双室型和单室型。据电池组成结构的不同，可将 MFC 分为双室型[39]和单室型[40]。普通燃料电池是由交换膜隔开的阳极室和阴极室组成，因此也常被称为使用的交换膜主要有阳离子交换膜、阴离子交换膜以及质子交换膜等的双室型装置有 H 型双甁式和矩形式，其基本的构造原理如图 1.2内主要是细菌及其营养底物，阳极的产电效率主要受细菌种类及阳的影响；阴极的反应受催化剂的催化活性及电子受体的种类影响，电铁氰化物或高锰酸盐等；质子交换膜的使用可将氧气和细菌进行有够防止氧气渗入阳极室使其氧分压升高从而影响细菌的生长状态，同菌新陈代谢过程中通过分解有机物产生的质子快速地传递至阴极室和阴极室之间的酸度及电荷能够实现平衡。双室型 MFC 由于操作简，是目前被广泛使用的一种电池构型，其能够被广泛应用于基础研究电极材料性能。由于在双室型 MFC 中交换膜的存在及阳极与阴极之

【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物电化学系统电子中介体[J]. 刘利丹,肖勇,吴义诚,陈必链,赵峰.  化学进展. 2014(11)

博士论文
[1]基于纳米结构阳极的腐败希瓦氏菌胞外电子传递机理研究[D]. 邹龙.西南大学 2016
[2]碳纳米材料修饰电极强化微生物燃料电池产电特性与机理[D]. 张亚平.华南理工大学 2014



本文编号：3533158