碳化铌在微生物燃料电池阳极的产电性能研究
发布时间：2021-12-02 12:10
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells,MFCs）是新能源开发与污水治理同期发展的新型技术。微生物燃料电池的主要机理是通过利用产电微生物氧化污水中的有机物,将存储在有机物中的化学能不经过其他能源形式直接转化为电能,而且该反应生成的产物无污染。MFCs其实际工程化应用还受到很多限制,其中阳极材料的性能是影响MFCs整体性能的重要因素。过渡金属碳化物拥有类铂性质,所以它具有贵金属的导电性以及优异的电催化活性,在此同时又具有远低于贵金属的低廉的价格,此外,还具有较高的熔点、较低的电阻和较好的生物兼容性和化学稳定性。本课题选用过渡金属碳化物Nb C为材料,涂覆在碳布表面作为MFC的阳极。使用该电极获得了更好的电池放电时长,提高了电池的最大输出电压及功率密度,解决了现有电极材料成本高、制作复杂及内阻较大等问题。本论文通过使用具有优异电化学性能的碳化铌纳米粒子（Nb C）修饰碳布制备出碳化铌（Nb C/CC）电极。经过材料表征发现所制备的碳化铌（Nb C/CC）电极相较裸碳布（CC）电极具有更大的微生物附着面积和电化学催化活性位点。经过电化学表征发现,碳化铌（Nb C/CC）电极...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池的产电原理示意图[24]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-极室的电极液主要底物，阳极室的乙酸盐的氧化反应过程与阴极室铁氰化钾的还原反应过程如下反应室所示：Anode：CH3COO+2H2O2CO2+7H++8e（1-1）Cathode：[Fe(CN)6]3+e[Fe(CN)6]4（1-2）1.3.2微生物燃料电池的体系微生物燃料电池的结构类型主要有三种，分别是单室结构微生物燃料电池，填料式微生物燃料电池和本课题使用的双室结构微生物燃料电池。单室结构的微生物燃料电池的阴极是空气，而空气的电子受体是氧气，因为阳极与空气完全可以共存于一个反应室内所以无需单独设置阴极室[25]。Sell最早对单室结构微生物燃料电池进行了文献发表，美国宾夕法尼亚大学的Liu设计的立方体空气阴极单室微生物燃料电池是近些年来典型的研究案例[26]，在该设计中采用热压法制备了含铂的质子交换膜紧密贴合在碳布上，同时在碳布上留有大量可以通入空气的空隙，这种单室微生物燃料电池的电极难以保持牢固性。图1-2微生物燃料电池不同类型结构图[14]填料式的微生物燃料电池更像流化床反应器皿，常常使用表面积较大利于微生物生长的碳材料为阳极的填充材料。填料式微生物燃料电池的电
褂弥淼呐判刮镂?缂?鹤樽拔⑸?锶剂系绯兀?再处理污水发电过程中还成功回收了磷材料[47]。微生物燃料电池也可以进行土壤的修复，常用的土壤污染修复方法可以分为物理方法和化学方法,比如热处理修复法、换土修复法、电动修复法、淋溶修复法[48]等。这些修复方法修好巨大的能源消耗成本很高，后期回收和处理都十分麻烦。微生物燃料电池可以在修复土壤污染的同时产电也不需要担心二次污染的问题。尤其是在乡村地区在使用微生物燃料电池技术解决农田河流污染还可以解决偏远地区能源运输不便利的问题，提供新的电能解决方案。图1-3微生物燃料电池处理农业污水示意图[46]1.4微生物燃料电池阳极材料的研究微生物燃料电池在研究的过程中仍然面对很多问题，比如输出电压不够高，功率密度低，电子转移效率低等问题，而阳极上生物膜与阳极表面的电子转移速率直接影响电池的电化学性能，因此微生物燃料电池多项产电性能度主要依赖于阳极材料的性能。阳极材料不仅应该是良好的导体，还应该有良好的生物兼容性和化学稳定性，还有有尽可能大的比表面积便于微生物的附着。传统碳基阳极材料：基材料很早就被应用于微生物燃料电池的阳极，主要的碳材料有碳纸、碳布、碳毡等。周玲[19]等使用三种常见碳材料应用于微生物
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池基本组成部件的研究进展[J]. 翟力学,陈祥,张彤. 应用能源技术. 2019(01)
[2]微生物燃料电池阳极碳材料对产电性能的影响[J]. 周玲,李萍,颜幼平. 安徽农业大学学报. 2011(04)
本文编号：3528412
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池的产电原理示意图[24]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-极室的电极液主要底物，阳极室的乙酸盐的氧化反应过程与阴极室铁氰化钾的还原反应过程如下反应室所示：Anode：CH3COO+2H2O2CO2+7H++8e（1-1）Cathode：[Fe(CN)6]3+e[Fe(CN)6]4（1-2）1.3.2微生物燃料电池的体系微生物燃料电池的结构类型主要有三种，分别是单室结构微生物燃料电池，填料式微生物燃料电池和本课题使用的双室结构微生物燃料电池。单室结构的微生物燃料电池的阴极是空气，而空气的电子受体是氧气，因为阳极与空气完全可以共存于一个反应室内所以无需单独设置阴极室[25]。Sell最早对单室结构微生物燃料电池进行了文献发表，美国宾夕法尼亚大学的Liu设计的立方体空气阴极单室微生物燃料电池是近些年来典型的研究案例[26]，在该设计中采用热压法制备了含铂的质子交换膜紧密贴合在碳布上，同时在碳布上留有大量可以通入空气的空隙，这种单室微生物燃料电池的电极难以保持牢固性。图1-2微生物燃料电池不同类型结构图[14]填料式的微生物燃料电池更像流化床反应器皿，常常使用表面积较大利于微生物生长的碳材料为阳极的填充材料。填料式微生物燃料电池的电
褂弥淼呐判刮镂?缂?鹤樽拔⑸?锶剂系绯兀?再处理污水发电过程中还成功回收了磷材料[47]。微生物燃料电池也可以进行土壤的修复，常用的土壤污染修复方法可以分为物理方法和化学方法,比如热处理修复法、换土修复法、电动修复法、淋溶修复法[48]等。这些修复方法修好巨大的能源消耗成本很高，后期回收和处理都十分麻烦。微生物燃料电池可以在修复土壤污染的同时产电也不需要担心二次污染的问题。尤其是在乡村地区在使用微生物燃料电池技术解决农田河流污染还可以解决偏远地区能源运输不便利的问题，提供新的电能解决方案。图1-3微生物燃料电池处理农业污水示意图[46]1.4微生物燃料电池阳极材料的研究微生物燃料电池在研究的过程中仍然面对很多问题，比如输出电压不够高，功率密度低，电子转移效率低等问题，而阳极上生物膜与阳极表面的电子转移速率直接影响电池的电化学性能，因此微生物燃料电池多项产电性能度主要依赖于阳极材料的性能。阳极材料不仅应该是良好的导体，还应该有良好的生物兼容性和化学稳定性，还有有尽可能大的比表面积便于微生物的附着。传统碳基阳极材料：基材料很早就被应用于微生物燃料电池的阳极，主要的碳材料有碳纸、碳布、碳毡等。周玲[19]等使用三种常见碳材料应用于微生物
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池基本组成部件的研究进展[J]. 翟力学,陈祥,张彤. 应用能源技术. 2019(01)
[2]微生物燃料电池阳极碳材料对产电性能的影响[J]. 周玲,李萍,颜幼平. 安徽农业大学学报. 2011(04)
本文编号：3528412
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3528412.html
