光催化型微生物燃料电池产电特性及对污染物去除研究

发布时间：2018-11-17 18:53

【摘要】：微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种在实现对废水中污染物降解的同时产生电能的新技术。光催化型MFC是利用光催化材料在光照下产生光电效应的特点与MFC一起进行复合产电的装置。应用最为广泛的二氧化钛只有波长小于380 nm的紫外光能够对其激发产生光电效应。粉体光催化材料与其它材料混合制备电极容易产生对光照的屏蔽和阻碍光生空穴和电子的传递。为了实现可见光光催化型MFC的构建,本论文首先利用商业光电池制作MFC-光电池,初步研究了光催化型MFC的可行性。在此基础上利用导电性良好的铜作为基质材料,在铜电极表面制备两种光催化材料,减少了光催化材料与导电基质的混合和压制,利用光催化材料与铜电极之间自然的连接,使得光电极表面的光催化材料将吸收光能激发产生的光生空穴和电子快速传递至电路系统,加快了光催化型MFC阴极的反应速率。在此基础上,初步分析了其产电机理且考察了对污染物的去除特性。本论文的主要内容包括:(1)将一个多晶硅光电池(polycrystalline silicon photocell,PPSC)连接到MFC系统中,构建分体式光催化型微生物燃料电池-光电池系统(MFC-PSSC)。对MFC-PSSC输出电压和功率密度进行测试。结果表明当mfc-pssc从黑暗到光照下进行转移时候,输出电压瞬间从0v提高到1.184v,对光照具有明显的响应,出现明显的光电池特征。构建的mfc-pssc的功率密度光照下可以达到826mw·m-2,远高于单纯的微生物燃料电池76.2mw·m-2和无菌cell-pssc285.2mw·m-2。构建的mfc-pssc光照下加速了对阳极室中有机污染物的降解以及阴极室cr(Ⅵ)的去除。通过16srdna技术对黑暗和光照下的阳极微生物菌落进行分析,结果表明光照下的mfc-pssc阳极中微生物菌落丰度和多样性有所降低,说明较高的电流下对微生物有抑制作用,且对产电菌种的抑制作用小于对不产电菌种的抑制作用。(2)制备了铜基cuo电极,构建了一体式铜基cuo阴极光催化mfc。通过输出电压、线性扫描电流曲线和电化学阻抗谱对铜基cuo电极进行测试。结果表明,在可见光照射下,电池输出电压有所升高,电极线性扫描电流有所升高,电化学阻抗有所降低。通过对比光照和黑暗下铜基cuo电极扫描电流曲线和电化学阻抗谱的变化,对光催化型mfc的机理进行了初步分析总结,认为是光照下cuo电极激发产生的光生空穴-电子对,加速了从阳极传递过来电子的氧化速率,增加了阴极电势,降低了阴极电阻。(3)制备了铜基cuins2电极,构建了铜基cuins2作阴极电极、阴极用甲基橙溶液的一体式光催化mfc。通过输出电压、功率密度、开路电压、线性扫描电流曲线和电化学阻抗谱等电化学指标分析了光照在无氧和有氧条件下对铜基cuins2阴极光催化mfc产电性能的影响。结果表明光照有利于电池性能的提升。通过在有氧和无氧条件下光照对光催化-MFC中阴极甲基橙浓度的测量,结果表明产电性能提高有利于甲基橙的脱色。通过对有氧和无氧条件下光催化MFC产电性能和对阴极甲基橙降解效果和降解产物进行分析,初步推断光催化-MFC在光照下产生的光生空穴被阳极传递的电子直接氧化,光生电子被阴极电子受体氧化。(4)利用MFC做驱动电压,构建了铜基Cu2O电极MFC-光降解装置。通过MFC-光降解装置对甲基橙脱色效果进行测试,结果表明MFC提供的外加电压有利于甲基橙的降解。构建的新装置实现了对MFC实际的利用,为MFC电能使用的途径探索了新的方向。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.45

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本文编号：2338748