石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究

发布时间：2017-05-04 04:12

  本文关键词：石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微生物燃料电池(MFCS)作为一种新型的新能源技术,通过利用微生物的催化作用,将有机物中的化学能直接转变为电能。这样既能够处理污水中的有机物,又能够产电,为解决能源危机和环境水体污染提供了新的方向。目前,微生物燃料电池仍处于初级阶段,这项技术仍存在的许多缺陷。如何提高反应器的产电性能,仍是困扰大部分研究者的难题。因此,如何通过对阴阳极材料的修饰改性,从而降低整个反应器阴阳极电极过电势,进一步优化提升MFC的产电性能尤其重要。十二烷基苯磺酸钠(LAS)是一种表面活性剂,作为洗涤类用品的重要原料LAS被大量运用并排入水体。本论文以双室MFC为研究基础,从阴阳极材料改性方面对微生物燃料电池进行优化,探讨了以石墨烯聚苯胺作为修饰材料,电化学沉积法为修饰手段,进行阴阳极修饰改性,并且研究了改性后的电极对微生物燃料电池产电性能和对LAS降解性能的影响。具体来说本论文得出以下结论:(1)电化学沉积法制备石墨烯聚苯胺修饰的电极本章研究了电化学制备石墨烯聚苯胺修饰电极的效果。首先研究不同浓度的苯胺单体在制备石墨烯聚苯胺修饰的电极的影响。接着比较不同pH体系下制备石墨烯聚苯胺修饰电极的效果。用电化学法研究比较了上述制备方法制备出的电极在导电性能上的差异,结果表明苯胺单体浓度为0.15mol/L时,制备的电极导电性能最优。pH=6的条件下制备的电极比其他pH体系下制备的电极导电性好。(2)基于石墨烯聚苯胺修饰电极对MFCs产电性能的影响本章主要研究了电极修饰对微生物燃料电池产电性能的影响。通过对阴阳极电极材料修饰,分别研究了阴极修饰对微生物燃料电池产电性能的影响和阳极修饰对微生物燃料电池产电性能影响。分别以石墨烯、聚苯胺和石墨烯聚苯胺修饰的电极为阴极,不锈钢丝网为阳极,构建双室微生物燃料电池,研究结果发现石墨烯修饰MFCs、聚苯胺修饰MFCs、石墨烯聚苯胺修饰MFCs的最大功率密度分别为171.70 mW·m-2、137.28mW·m-2、223.26 mW·m-2,相对于未修饰的电池,最大功率密度提高了74.3%、40%和126%。其中聚苯胺石墨烯修饰的MFCs的放电周期最长,达到了37.5h,连续三个周期的时间约为120h。分别以石墨烯、聚苯胺和石墨烯聚苯胺修饰的电极为阳极,不锈钢丝网为阴极,构建双室微生物燃料电池,研究结果发现石墨烯修饰MFCs、聚苯胺修饰MFCs、石墨烯聚苯胺修饰MFCs的最大功率密度分别为135.67 mW·m-2、120.60mW·m-2、156.00 mW·m-2,相对于未修饰的电池,最大功率密度提升了18%、5%和35%。(3)微生物燃料电池对十二烷基苯磺酸钠的降解性能研究首先比较了阴阳极同时修饰MFCs与阴极修饰MFCs和阳极修饰MFCs的产电性能和对十二烷基苯磺酸钠去除率的影响。其中阴阳极同时修饰MFCs的去除率为69.33%,库仑效率为9.1%,最大功率密度为124.84 mW·m-2,相比于其它两个反应器有了显著的提高。接着,研究了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠对MFCs产电性能的影响。结果表明,1000mg/L的浓度下,MFCs的产电性能最佳。
【关键词】：微生物燃料电池 石墨烯/聚苯胺 修饰电极 十二烷基苯磺酸钠
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.45;X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 微生物燃料电池技术10-15
• 1.1.1 微生物燃料电池的发展历史10
• 1.1.2 微生物燃料电池分类10-12
• 1.1.3 MFC的研究进展12-13
• 1.1.4 MFC应用前景13-15
• 1.2 电极修饰技术的研究进展15-18
• 1.2.1 电极修饰技术的研究现状15
• 1.2.2 电极修饰在MFC中的研究15-16
• 1.2.3 石墨烯和石墨烯导电聚合物概述16-18
• 1.2.3.1 石墨烯简介16-17
• 1.2.3.2 石墨烯导电聚合物17-18
• 1.3 存在的问题18-19
• 1.4 本文的研究背景、目的和意义19
• 1.5 本论文的主要研究内容及技术路线19-22
• 第二章 微生物燃料电池的原理与表征方法22-27
• 2.1 微生物燃料电池的工作原理22
• 2.2 微生物燃料电池的表征方法22-27
• 2.2.1 电学性能表征22-24
• 2.2.2 电池降解性能表征24-25
• 2.2.3 电极性能表征25-26
• 2.2.4 电极材料表征26-27
• 第三章 石墨烯聚苯胺修饰电极的制备27-35
• 3.1 实验与方法27-28
• 3.1.1 实验仪器和试剂27-28
• 3.1.2 主要试剂及材料28
• 3.2 电极的制备28-30
• 3.2.1 电沉积前置液的配制28-29
• 3.2.2 电极的预处理29
• 3.2.3 电沉积制备钛片电极29-30
• 3.3 不同pH体系下制备电极的对比30-31
• 3.4 不同苯胺单体浓度条件下制备电极的对比31-33
• 3.5 不同修饰材料制备电极的对比33-34
• 本章小结34-35
• 第四章 电极修饰对微生物燃料电池性能研究35-52
• 4.1 实验仪器及药品35-37
• 4.2 电极修饰的制备方法37
• 4.2.1 石墨烯修饰钛片电极的制备37
• 4.2.2 聚苯胺修饰钛片电极的制备37
• 4.2.3 石墨烯/聚苯胺复合材料修饰钛片电极的制备37
• 4.3 微生物燃料电池的启动与运行37-38
• 4.4 阴极修饰对微生物燃料电池产电性能的影响38-44
• 4.4.1 石墨烯修饰阴极对微生物燃料电池产电性能的影响38-40
• 4.4.2 聚苯胺修饰阴极对微生物燃料电池产电性能的影响40-41
• 4.4.3 石墨烯/聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响41-44
• 4.5 阳极修饰对微生物燃料电池性能研究44-50
• 4.5.1 石墨烯修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响44-46
• 4.5.2 聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响46-47
• 4.5.3 石墨烯/聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响47-50
• 本章小结50-52
• 第五章 微生物燃料电池对LAS的降解性能研究52-59
• 5.1 阴阳极同时修饰在MFCs的应用52-56
• 5.1.1 阴阳极同时修饰对MFCs产电性能的影响52-54
• 5.1.2 阴阳极同时修饰的MFCs对LAS降解性能的研究54-55
• 5.1.3 CV测试分析55-56
• 5.2 不同LAS浓度对MFCs产电性能影响56-57
• 5.2.1 实验设计56
• 5.2.2 随着LAS浓度变化对MFCs产电性能的影响56-57
• 本章小结57-59
• 结论与建议59-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

【参考文献】

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1 张翠萍;王志强;刘广立;骆海萍;张仁铎;;降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究[J];环境科学学报;2009年04期

  本文关键词：石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：344372