微生物燃料电池抗生物污染阴极催化剂制备及性能研究

发布时间：2023-05-04 03:39

　　微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC),作为一种将污水蕴含的生物质能转化为电能的资源化方法,已经成为环境工程领域研究者近年来关注的重点方向。其中无膜单室MFC因其具有内阻小和成本低两大优势使其成为MFC扩大化及未来工业化应用中较为理想的构型。然而,单室MFC的阴极微生物污染问题突出,降低了其产能效率,同时阴极Pt/C贵金属催化剂价格昂贵,也抵消了单室MFC的工业化应用优势。因此,开发一种新型的、具有抗微生物污染性能的非贵金属催化剂,对MFC的发展具有重要的应用价值。已有研究结果表明,掺杂异原子的碳基材料能够提高碳材料的氧还原催化活性,从而提高MFC的产电效率;引入含氧官能团的碳材料作为MFC阴极催化剂,可以达到原位除菌的效果。为此,本课题提出一种新颖的类模板法,制备出一种以 Vulcan XC-72(Conductive Carbon,CB)为核、氮掺杂石墨烯(Nitrogen-doped Graphene,NG)为壳、以十六烷基三甲基漠化铵(Cetyltrimethyl Ammonium Bromide,CTAB)为桥梁链接CB和NG的聚合包裹状多孔复合材料...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【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(MFC)概述
    1.3 MFC阴极催化材料研究进展
        1.3.1 贵金属及其合金
        1.3.2 过渡金属及其氧化物
        1.3.3 碳基材料
    1.4 氮掺杂石墨烯的制备方法
        1.4.1 硬模板法
        1.4.2 软模法
        1.4.3 “夹层法”
        1.4.4 类模板法
    1.5 MFC阴极材料抗生物污染研究进展
    1.6 本论文的研究意义、目的和主要内容
        1.6.1 研究意义和目的
        1.6.2 研究内容
第2章 实验材料与方法
    2.1 引言
    2.2 材料制备与表征方法
        2.2.1 材料制备方法
        2.2.2 材料表征方法
    2.3 电化学测试
        2.3.1 循环伏安曲线
        2.3.2 Tafel曲线
    2.4 MFC电池的构建与启动
        2.4.1 电池材料处理与制备
        2.4.2 电池构建与启动运行
    2.5 MFC产电性能的分析
        2.5.1 电压采集
        2.5.2 COD去除率和库仑效率
        2.5.3 极化曲线和功率密度曲线
        2.5.4 阴极生物量测试方法
第3章 不同制备方法合成的NG@CB及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 物理表征结果
        3.2.1 材料形貌分析
        3.2.2 比表面分析
        3.2.3 拉曼光谱
        3.2.4 晶相结构分析
        3.2.5 元素组成分析
    3.3 电化学测试结果
        3.3.1 CV分析
        3.3.2 极化曲线分析
        3.3.3 Tafel曲线分析
    3.4 小结
第4章 类模板法制备NG@CB及在微生物燃料电池中的应用
    4.1 引言
    4.2 理化性质表征结果
        4.2.1 材料形貌分析
        4.2.2 比表面分析
        4.2.3 拉曼光谱
        4.2.4 晶相结构分析
        4.2.5 元素组成分析
    4.3 电化学表征结果
        4.3.1 CV曲线分析
        4.3.2 极化曲线分析
        4.3.3 电子转移数和过氧化氢产率
        4.3.4 Tafel曲线
        4.3.5 NG@CB寿命测试
        4.3.6 NG@CB成本核算
    4.4 NG@CB-10在微生物燃料电池中的应用
    4.5 小结
第5章 NG@CB在微生物燃料电池中抗生物污染性能
    5.1 引言
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 电池电压曲线及COD去除率比较
        5.2.2 电势极化曲线和功率密度曲线
        5.2.3 阴极生物量
    5.3 小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文情况
致谢



本文编号：3807878