微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究

发布时间：2021-12-11 01:28

　　微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是一种以产电微生物为催化剂,利用生物电化学反应来产生电力,与此同时能够降解污水中的有机物质的新型产电装置。成本高和输出功率低一直是制约其大规模发展的两大障碍,而MFC体系中的阴极电极和分离膜是这些问题的关键影响因素之一。因此,本文制备了不同修饰量的聚苯胺修饰电极和α-MnO2、β-MnO2及γ-MnO2修饰电极,采用电化学方法如循环伏安法（CV）、交流阻抗法（EIS）及塔菲尔曲线（Tafel）测试修饰电极的电性能。实验结果表明,与空白石墨毡电极相比,PANI修饰电极和MnO2修饰电极的电化学响应和耐腐蚀性能增强,氧化还原电流更高,内阻明显降低,从而电子传递速率加快。将其作为阴极的改性电极,运行MFC,电池的输出功率和产电性能均有显著地提高。其中,β-MnO2修饰电极MFC的开路电压达676.7mV,最大功率密度为58mW/m2; PANI-160修饰电极MFC的最大功率密度达到262mW/m2,优于MnO2修饰电极,比未修饰电极MFC的17mW/m2提高了15倍多,电池体系的内阻也从130Ω降低到75Ω。以PAN-160... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 微生物燃料电池的发展
        1.1.1 MFC工作原理及特点
        1.1.2 MFC的结构
    1.2 微生物燃料电池阴极材料的修饰
    1.3 微生物燃料电池膜
        1.3.1 阳离子交换膜
        1.3.2 阴离子交换膜
        1.3.3 双极膜
        1.3.4 聚芳醚砜类膜
    1.4 论文研究的目的和主要内容
2 PANI修饰电极的制备、表征及产电性能
    2.1 引言
    2.2 实验材料与方法
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 主要试剂
        2.2.3 主要仪器及设备
        2.2.4 修饰电极的制备
        2.2.5 测定指标及表征方法
        2.2.6 MFC的搭建与运行
        2.2.7 MFC产电性能的测定
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 PANI修饰电极的照片
        2.3.2 微观形貌表征
        2.3.3 电化学表征
        2.3.4 MFC产电性能
    2.4 PANI修饰电极小结
3 MnO_2修饰电极的制备、表征及产电性能
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 MnO_2修饰电极的制备
        3.2.2 测定指标及表征方法
        3.2.3 运行MFC
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 X射线衍射图谱
        3.3.2 微观形貌表征
        3.3.3 电化学表征
        3.3.4 MFC产电性能
    3.4 MnO_2修饰电极小结
4 PANI-160修饰电极在阴离子交换膜MFC中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验与方法
        4.2.1 实验主要仪器与原料
        4.2.2 聚醚砜共聚物的合成
        4.2.3 分离膜的制备
        4.2.4 rQPES2/1阴离子交换膜的性能表征
        4.2.5 产电性能
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 聚合物及膜的制备
        4.3.2 复合膜的基本性能
        4.3.3 产电性能
    4.4 本章小结
5 PANI-160修饰电极在阳离子交换膜MFC中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验与方法
        5.2.1 无规型磺化聚芳醚砜(SPAES)膜的浇注及质子交换
        5.2.2 SPAES质子交换膜的性能表征
        5.2.3 产电性能
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 SPAES膜的制备
        5.3.2 膜的基本性能
        5.3.3 产电性能
    5.4 本章小结
6 结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池阳极室内电子受体竞争研究[J]. 崔康平,金松.  环境科学研究. 2010(01)
[2]二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池[J]. 孙瑾华,刘建好,黄呈珠,张礼霞,李伟善.  电源技术. 2008(12)
[3]利用微生物电池研究微生物在矿物表面电子传递过程[J]. 冯雅丽,李浩然,连静,周良.  北京科技大学学报. 2006(11)

博士论文
[1]电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D]. 王凯鹏.武汉大学 2010

硕士论文
[1]阴极修饰对沉积型微生物燃料电池运行特性的影响研究[D]. 潘丹云.江南大学 2013
[2]燃料电池用聚醚砜类阴离子交换膜的制备及性能研究[D]. 杨慧.南京理工大学 2013
[3]生物阴极微生物燃料电池阴极材料筛选与反应器运行[D]. 王欣.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3533759