石墨烯在强化微生物燃料电池阳极产电能力中的应用
[Abstract]:Microbial fuel cell (Microbial fuel cell,MFC) is a device that can convert the chemical energy stored in organic matter into electric energy by using microorganism as catalyst, which has the dual function of generating electricity and disposing of waste. MFC has mild operating conditions. Because of its strong biocompatibility, safety, high efficiency and continuity, it has a broad application prospect in microbial sensors, bioremediation, sewage treatment and so on. However, low output power density is still an important factor limiting its practical application. The structure and properties of the anode are the main factors affecting the surface microbial growth and electrical activity, and ultimately affect the electrical properties of the MFC system. Therefore, a porous graphene anode with a large specific surface area, a hydrophilic and positively charged graphene CTAB anode and graphene doped biofilm anode have been prepared by a simple method in this paper. The single chamber air cathode MFC, has been run. The effects of three graphene modified anodes on the electrical properties of MFC system were investigated. The main contents and results are as follows: (1) porous graphene anodes (N / G _ (50) and N _ (r / G _ 100) were prepared and their effects on the performance of single-cell MFC were investigated. Compared with the graphene modified anode prepared by traditional method, the porous graphene anode has a larger specific surface area, which is more conducive to the growth of microorganism and electron transfer in biofilm. The porous graphene anode exhibits higher electrochemical activity and lower charge transfer resistance (Rct),) and the best performance of the N / G100 anode is the output voltage of the N / G100 anode MFC system. The maximum power density (Pmax) and the Coulomb efficiency (CE) are ~ 0.60 V ~ (1 000) mW m ~ (-2) and 49.34 mW m ~ (-2), respectively, which are 1.88 times of those of the traditional graphene anodic MFC system, respectively. 1.99 times and 2.36 times. (2) Non-binder, low graphene supported graphene cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) anode (G-CTAB-2.5) was prepared by simple vacuum filtration. G-CTAB-5 and G-CTAB-10), and their effects on the performance of MFC in single cell of air cathode were investigated. The positive surface of hydrophilic charge on G-CTAB anode is favorable to the adhesion and growth of microorganism. Among several G-CTAB anodes, G-CTAB-5 anode has the best hydrophilicity, Zeta potential is the highest, G-CTAB-5 anode MFC system has the highest output voltage, Pmax and CE are 0.57V, respectively. (3) the graphene doped biofilm anode (G-0.75G -1.5 and G-3) was prepared by a simple method and its effect on the performance of MFC in air cathode single cell was investigated. Doping graphene into anodic biofilm greatly increases the conductivity of biofilm and accelerates the electron transfer process in biofilm. Compared with pure biofilm anode, graphene doped biofilm anode has higher electrochemical activity and lower Rct,. G-3 anode has the best performance among several graphene doped biofilm anodes. The start-up time of graphene doped biofilm anode MFCs was shortened obviously, in which G-3 anode MFC began to produce electricity immediately after the external circuit was switched on, the output voltage and Pmax of the system were ~ 0.53 V and 588 mW m-2, respectively. It is 2.41 times and 4.98 times of pure biofilm anode MFC system. The CE of G-3 anode MFC system increased from 50.03% to 73.97% of the pure biofilm anode MFC system.
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM911.45
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