二氧化锰复合材料电极在微生物燃料电池中的储能性能研究
发布时间：2022-10-09 17:49
微生物燃料电池技术（Microbial fuel cell,MFC）是利用细菌分解有机基质对污水进行净化并产生电能的一门新兴技术,阳极表面微生物活性对微生物燃料电池的性能有很大影响,而MFC的阳极材料对微生物活性起到非常重要的作用,本文研究了二氧化锰及其复合材料修饰阳极的制备以及在MFC中的应用,进一步提高了电池的产电、储能性能。以碳毡（Carbon felt,CF）为基体,采用水热法制备二氧化锰,控制沉积时间、水热温度等变量,获得最优条件下的碳毡/二氧化锰（Carbon felt/Manganese dioxide,CF/MnO2）电极,之后在碳毡（CF）基体上通过化学法制得最优比例碳毡/聚苯胺（Carbon felt/Polyaniline,CF/PANI）电极。经过测试,CF/MnO2电极、CF/PANI电极和CF电极作为电容性生物阳极构建的MFC系统的最大功率密度分别为7.89 W/m~3、5.42 W/m~3、3.73 W/m~3。充放电测试中,充电60分钟和放电60分钟时,CF/MnO2电极释放的总电荷量达到...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 微生物燃料电池简介
1.2.1 微生物燃料电池的发展历程
1.2.2 基本结构和工作原理
1.2.3 微生物燃料电池的分类
1.2.4 微生物燃料电池的影响因素
1.2.5 微生物燃料电池的电子转移机理
1.2.6 微生物燃料电池的局限性
1.2.7 微生物燃料电池的应用
1.3 电容性材料修饰MFC阳极
1.3.1 电容性阳极应用于MFC
1.3.2 碳纳米管修饰电极
1.3.3 聚苯胺修饰电极
1.3.4 二氧化锰修饰电极
1.4 MFC还原六价铬现状
1.5 本论文的研究意义和内容
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文研究内容
第2章 实验材料与分析测试方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验材料与试剂
2.1.2 实验仪器及设备
2.1.3 碳毡的预处理
2.1.4 质子交换膜预处理
2.2 电极结构的表征和电化学测试方法
2.2.1 电极结构的表征
2.2.2 电化学性能测试
2.3 MFC测试
2.3.1 微生物燃料电池启动
2.3.2 微生物燃料电池的输出电压和电极电势
2.3.3 MFC极化曲线和功率曲线
2.3.4 计时电流测试
2.3.5 微生物群落分析
2.4 Cr(Ⅵ)的测定方法
2.4.1 Cr(Ⅵ)的测定步骤
2.4.2 Cr(Ⅵ)的标准曲线
2.5 本章小结
第3章 二氧化锰和聚苯胺电容材料的制备及其在MFC中的性能研究
3.1 CF/MnO_2电极的制备、性能测试、表征
3.2 CF/PANI电极的制备、性能测试、表征
3.3 二氧化锰修饰电极在MFC中的应用
3.3.1 MFC的产电储能性能研究
3.3.2 MFC电容性阳极性能测试
3.4 MFC阴极对Cr(Ⅵ)的还原
3.5 本章小结
第4章 聚苯胺二氧化锰复合材料的制备及其在MFC中的性能研究
4.1 电极材料的制备及机理
4.1.1 电极材料的制备
4.1.2 聚苯胺/二氧化锰复合层结构示意图
4.2 电极的表征与测试
4.2.1 表征
4.2.2 电化学性能测试
4.3 聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中的应用
4.3.1 MFC的产电储能性能研究
4.3.2 MFC电容性阳极性能测试
4.4 MFC阴极对Cr(Ⅵ)的还原
4.5 本章小结
第5章 碳纳米管聚苯胺二氧化锰复合材料的制备及其在MFC中的研究
5.1 电极的制备、电化学测试、表征
5.1.1 电极的制备
5.1.2 电沉积法制备复合电极电流密度最优条件选择
5.1.3 电沉积法制备复合电极沉积时间最优条件选择
5.1.4 不同方法制备的复合电极电化学测试比较
5.1.5 表征
5.2 碳纳米管聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中产电性能研究
5.3 碳纳米管聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中储能性能研究
5.4 微生物群落分析
5.4.1 阳极表面微生物附着量研究
5.4.2 高通量测定
5.5 MFC在两种运行方式下对Cr(Ⅵ)的还原
5.6 本章小结
第6章 海绵基电容材料的制备及其在MFC中的性能研究
6.1 电极的制备
6.2 海绵基电极的测试和表征
6.2.1 循环伏安测试
6.2.2 充放电测试
6.2.3 交流阻抗测试
6.2.4 表征
6.3 海绵基电极在MFC中的催化活性测试
6.3.1 MFC的产电储能性能研究
6.3.2 MFC电容性海绵基阳极性能测试
6.4 本章小结
结论
论文创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]含铬废水处理新方法研究现状[J]. 宋佳璇,路晓洁,姚英,李琛. 安徽化工. 2014(06)
[2]微生物燃料电池与常规污水处理技术结合的研究进展[J]. 刘晔,张宝刚,田彩星,冯传平,周向,刘永伟. 世界科技研究与发展. 2014(05)
[3]吸附法处理重金属废水的研究进展[J]. 张帆,李菁,谭建华,王波,黄福. 化工进展. 2013(11)
[4]微生物燃料电池技术的研究进展与应用[J]. 王晓斌,赵煜,王俊文. 山西化工. 2012(05)
[5]阴极电子受体对微生物燃料电池性能的影响[J]. 谷玺,田兴军. 可再生能源. 2012(03)
[6]T6新世纪紫外分光光度计在测定水中六价铬含量的应用[J]. 赵凤霞,赵红霞. 水利科技与经济. 2011(11)
[7]以垃圾渗滤液为燃料的微生物燃料电池产电性能[J]. 张晓艳,滕洪辉. 吉林大学学报(理学版). 2011(06)
[8]Synthesis and supercapacitor characteristics of PANI/CNTs composites[J]. LI Fang1, SHI JunJun1 ＆ QIN Xue2 1 School of Materials Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2 School of Sciences, Tianjin University, Tianjin 300072, China. Chinese Science Bulletin. 2010(11)
[9]微生物燃料电池电极材料的研究进展[J]. 曾丽珍,李伟善. 电池工业. 2009(04)
[10]废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J]. 孙健,胡勇有. 工业用水与废水. 2008(01)
博士论文
[1]微生物燃料电池技术处理炼油废水同步产电及系统内协同作用与代谢特征研究[D]. 郭璇.中国石油大学（北京） 2014
[2]天然及改性赤玉土吸附去除水溶液中六价铬的研究[D]. 赵迎新.中国地质大学（北京） 2013
[3]微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用[D]. 曹效鑫.清华大学 2009
[4]微生物燃料电池处理有机废水过程中的产电特性研究[D]. 尤世界.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]聚苯胺阳极材料的制备及其在海底沉积物微生物燃料电池中的应用[D]. 赵仲凯.中国海洋大学 2011
本文编号：3689084
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 微生物燃料电池简介
1.2.1 微生物燃料电池的发展历程
1.2.2 基本结构和工作原理
1.2.3 微生物燃料电池的分类
1.2.4 微生物燃料电池的影响因素
1.2.5 微生物燃料电池的电子转移机理
1.2.6 微生物燃料电池的局限性
1.2.7 微生物燃料电池的应用
1.3 电容性材料修饰MFC阳极
1.3.1 电容性阳极应用于MFC
1.3.2 碳纳米管修饰电极
1.3.3 聚苯胺修饰电极
1.3.4 二氧化锰修饰电极
1.4 MFC还原六价铬现状
1.5 本论文的研究意义和内容
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文研究内容
第2章 实验材料与分析测试方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验材料与试剂
2.1.2 实验仪器及设备
2.1.3 碳毡的预处理
2.1.4 质子交换膜预处理
2.2 电极结构的表征和电化学测试方法
2.2.1 电极结构的表征
2.2.2 电化学性能测试
2.3 MFC测试
2.3.1 微生物燃料电池启动
2.3.2 微生物燃料电池的输出电压和电极电势
2.3.3 MFC极化曲线和功率曲线
2.3.4 计时电流测试
2.3.5 微生物群落分析
2.4 Cr(Ⅵ)的测定方法
2.4.1 Cr(Ⅵ)的测定步骤
2.4.2 Cr(Ⅵ)的标准曲线
2.5 本章小结
第3章 二氧化锰和聚苯胺电容材料的制备及其在MFC中的性能研究
3.1 CF/MnO_2电极的制备、性能测试、表征
3.2 CF/PANI电极的制备、性能测试、表征
3.3 二氧化锰修饰电极在MFC中的应用
3.3.1 MFC的产电储能性能研究
3.3.2 MFC电容性阳极性能测试
3.4 MFC阴极对Cr(Ⅵ)的还原
3.5 本章小结
第4章 聚苯胺二氧化锰复合材料的制备及其在MFC中的性能研究
4.1 电极材料的制备及机理
4.1.1 电极材料的制备
4.1.2 聚苯胺/二氧化锰复合层结构示意图
4.2 电极的表征与测试
4.2.1 表征
4.2.2 电化学性能测试
4.3 聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中的应用
4.3.1 MFC的产电储能性能研究
4.3.2 MFC电容性阳极性能测试
4.4 MFC阴极对Cr(Ⅵ)的还原
4.5 本章小结
第5章 碳纳米管聚苯胺二氧化锰复合材料的制备及其在MFC中的研究
5.1 电极的制备、电化学测试、表征
5.1.1 电极的制备
5.1.2 电沉积法制备复合电极电流密度最优条件选择
5.1.3 电沉积法制备复合电极沉积时间最优条件选择
5.1.4 不同方法制备的复合电极电化学测试比较
5.1.5 表征
5.2 碳纳米管聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中产电性能研究
5.3 碳纳米管聚苯胺二氧化锰修饰电极在MFC中储能性能研究
5.4 微生物群落分析
5.4.1 阳极表面微生物附着量研究
5.4.2 高通量测定
5.5 MFC在两种运行方式下对Cr(Ⅵ)的还原
5.6 本章小结
第6章 海绵基电容材料的制备及其在MFC中的性能研究
6.1 电极的制备
6.2 海绵基电极的测试和表征
6.2.1 循环伏安测试
6.2.2 充放电测试
6.2.3 交流阻抗测试
6.2.4 表征
6.3 海绵基电极在MFC中的催化活性测试
6.3.1 MFC的产电储能性能研究
6.3.2 MFC电容性海绵基阳极性能测试
6.4 本章小结
结论
论文创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]含铬废水处理新方法研究现状[J]. 宋佳璇,路晓洁,姚英,李琛. 安徽化工. 2014(06)
[2]微生物燃料电池与常规污水处理技术结合的研究进展[J]. 刘晔,张宝刚,田彩星,冯传平,周向,刘永伟. 世界科技研究与发展. 2014(05)
[3]吸附法处理重金属废水的研究进展[J]. 张帆,李菁,谭建华,王波,黄福. 化工进展. 2013(11)
[4]微生物燃料电池技术的研究进展与应用[J]. 王晓斌,赵煜,王俊文. 山西化工. 2012(05)
[5]阴极电子受体对微生物燃料电池性能的影响[J]. 谷玺,田兴军. 可再生能源. 2012(03)
[6]T6新世纪紫外分光光度计在测定水中六价铬含量的应用[J]. 赵凤霞,赵红霞. 水利科技与经济. 2011(11)
[7]以垃圾渗滤液为燃料的微生物燃料电池产电性能[J]. 张晓艳,滕洪辉. 吉林大学学报(理学版). 2011(06)
[8]Synthesis and supercapacitor characteristics of PANI/CNTs composites[J]. LI Fang1, SHI JunJun1 ＆ QIN Xue2 1 School of Materials Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2 School of Sciences, Tianjin University, Tianjin 300072, China. Chinese Science Bulletin. 2010(11)
[9]微生物燃料电池电极材料的研究进展[J]. 曾丽珍,李伟善. 电池工业. 2009(04)
[10]废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J]. 孙健,胡勇有. 工业用水与废水. 2008(01)
博士论文
[1]微生物燃料电池技术处理炼油废水同步产电及系统内协同作用与代谢特征研究[D]. 郭璇.中国石油大学（北京） 2014
[2]天然及改性赤玉土吸附去除水溶液中六价铬的研究[D]. 赵迎新.中国地质大学（北京） 2013
[3]微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用[D]. 曹效鑫.清华大学 2009
[4]微生物燃料电池处理有机废水过程中的产电特性研究[D]. 尤世界.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]聚苯胺阳极材料的制备及其在海底沉积物微生物燃料电池中的应用[D]. 赵仲凯.中国海洋大学 2011
本文编号：3689084
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