高性能生物阳极的制备及其表面微生物附着性能的研究
发布时间：2022-02-24 18:29
微生物电化学系统（Bioelectrochemical system,BES）以电化学活性细菌作为催化剂,能够将废水中的化学能转化为电能进行回收利用,在多个领域均有潜在的应用。生物阳极是影响BES性能的关键因素之一。本论文从制备高性能生物阳极材料出发,提升BES的性能,并在微尺度上探讨生物阳极/细菌界面上细菌的附着行为,为BES阳极的开发与理解电极/微生物界面上的相互作用规律提供新的思路。首先,针对传统碳基阳极材料生物电化学性能差、机械强度低、成本高等关键技术难点,利用廉价的碳黑作为原料,使用电聚合法将碳黑中的碳纳米颗粒通过吡咯单体的聚合过程修饰在不锈钢丝网的表面,得到表面均匀的碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极（CN/PPY/SS）。材料表征结果显示,经过表面修饰的电极结合了碳纳米颗粒、不锈钢丝网以及聚吡咯的优点,拥有良好的生物相容性、导电性以及较大的比表面积,可有效促进细菌的粘附以及界面电子传递过程。在三电极体系和微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）两个体系中,CN/PPY/SS电极都展现出了良好的电能输出性能以及稳定性。相比未经碳纳米颗粒修饰的电极,最大电...
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 微生物电化学系统简介
1.2.1 微生物电化学系统的分类及原理
1.2.2 产电微生物在电极界面的电子传递机理
1.2.3 微生物电化学系统的应用
1.3 微生物电化学系统生物阳极材料研究进展
1.3.1 传统电极材料
1.3.2 表面修饰电极材料
1.3.3 三维电极材料
1.4 单细胞力谱技术及其在材料表面细菌附着性能研究中的应用
1.4.1 单细胞力谱技术介绍
1.4.2 单细胞力谱技术在材料表面细菌附着性能研究中的应用
1.5 微生物电化学系统阳极存在的问题及解决思路
1.6 研究内容与技术路线
1.6.1 研究内容
1.6.2 技术路线
2 材料与方法
2.1 微生物电化学系统构建
2.1.1 主要仪器
2.1.2 主要材料与试剂
2.1.3 实验装置
2.1.4 菌种来源及其培养、保存方法
2.2 分析测试方法
2.2.1 材料表征
2.2.2 电化学分析方法
2.2.3 微生物燃料电池性能评价方法
2.2.4 生物膜形态观察
3 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极强化微生物燃料电池产电性能的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极的制备
3.2.2 实验装置的启动与运行
3.3 结果与讨论
3.3.1 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极材料表征
3.3.2 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极在三电极体系中的性能分析
3.3.3 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极在微生物燃料电池中的产电性能测试
3.4 本章小结
4 三维膨胀石墨阳极强化微生物燃料电池电能输出性能的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 电极的制备
4.2.2 实验装置的启动与运行
4.2.3 生物电化学性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 三维膨胀石墨电极材料表征
4.3.2 三维膨胀石墨电极在三电极体系中的性能分析
4.3.3 三维膨胀石墨电极在微生物燃料电池中的产电性能测试
4.4 本章小结
5 电极表面电荷对电极/微生物界面上细菌附着性能的影响
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 细菌附着力曲线测试体系的构建
5.2.2 单细菌探针的制备
5.2.3 细菌附着力曲线测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 细菌附着力曲线分析
5.3.2 细菌附着力曲线测试条件
5.3.3 电极表面电荷对细菌在电极表面附着性能的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
本文编号：3643283
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 微生物电化学系统简介
1.2.1 微生物电化学系统的分类及原理
1.2.2 产电微生物在电极界面的电子传递机理
1.2.3 微生物电化学系统的应用
1.3 微生物电化学系统生物阳极材料研究进展
1.3.1 传统电极材料
1.3.2 表面修饰电极材料
1.3.3 三维电极材料
1.4 单细胞力谱技术及其在材料表面细菌附着性能研究中的应用
1.4.1 单细胞力谱技术介绍
1.4.2 单细胞力谱技术在材料表面细菌附着性能研究中的应用
1.5 微生物电化学系统阳极存在的问题及解决思路
1.6 研究内容与技术路线
1.6.1 研究内容
1.6.2 技术路线
2 材料与方法
2.1 微生物电化学系统构建
2.1.1 主要仪器
2.1.2 主要材料与试剂
2.1.3 实验装置
2.1.4 菌种来源及其培养、保存方法
2.2 分析测试方法
2.2.1 材料表征
2.2.2 电化学分析方法
2.2.3 微生物燃料电池性能评价方法
2.2.4 生物膜形态观察
3 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极强化微生物燃料电池产电性能的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极的制备
3.2.2 实验装置的启动与运行
3.3 结果与讨论
3.3.1 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极材料表征
3.3.2 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极在三电极体系中的性能分析
3.3.3 碳纳米颗粒/聚吡咯/不锈钢电极在微生物燃料电池中的产电性能测试
3.4 本章小结
4 三维膨胀石墨阳极强化微生物燃料电池电能输出性能的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 电极的制备
4.2.2 实验装置的启动与运行
4.2.3 生物电化学性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 三维膨胀石墨电极材料表征
4.3.2 三维膨胀石墨电极在三电极体系中的性能分析
4.3.3 三维膨胀石墨电极在微生物燃料电池中的产电性能测试
4.4 本章小结
5 电极表面电荷对电极/微生物界面上细菌附着性能的影响
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 细菌附着力曲线测试体系的构建
5.2.2 单细菌探针的制备
5.2.3 细菌附着力曲线测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 细菌附着力曲线分析
5.3.2 细菌附着力曲线测试条件
5.3.3 电极表面电荷对细菌在电极表面附着性能的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
本文编号：3643283
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/3643283.html
