赤铁矿修饰微生物燃料电池阳极材料制备及性能研究

发布时间：2020-12-25 21:24

　　与传统燃料电池相比,微生物燃料电池（MFC）具有原材料易于获得、来源广泛、反应条件相对温和,清洁环保、生物相容性良好等优点。此外,微生物的生长环境易于控制,使得电池系统具有稳定性好、维护便利性高的特点。然而,低输出功率和高使用成本等缺陷严重制约了MFC的发展。阳极作为MFC的重要组成部分,可作为微生物附着的载体,直接影响产电菌的附着和电子的细胞外转移,是制约MFC产电能力的重要因素。本文针对MFC出现的功率输出低、成本高昂等不足,提出一种全新的阳极修饰法-合成赤铁矿阵列修饰的MFC阳极材料,并将其组成赤铁矿半导体-微生物-光能的复合体系,并对其性能进行测试。具体研究内容如下:本文研究了水热法合成前驱体纳米针铁矿阵列,探究了水热反应时间以及反应釜空间占比对前驱体尺寸形貌的影响,特此设置不同的时间梯度以及不同反应釜空间占比的实验对照组,并通过SEM等表征手段对其进行简要分析。结果表明水热反应的最佳时间为4小时,时间的过短、过长均不利于形成均匀的前驱体针铁矿阵列。当溶液体积与反应釜总体积比为30:100时,针铁矿前驱体的形貌尺寸得到了很好的控制,整体呈现阵列结构,平均直径在30nm-140n... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微生物燃料电池简介
        1.2.1 微生燃料电池发展及应用
        1.2.2 微生物燃料电池工作原理及特点
        1.2.3 微生燃料电池分类
        1.2.4 微生物燃料电池结构组成
        1.2.5 微生物燃料电池产电主要影响因素
    1.3 微生物燃料电池产电微生物
        1.3.1 希瓦氏菌
        1.3.2 红螺菌
        1.3.3 硫还原地杆菌
        1.3.4 隐藏嗜酸菌
    1.4 铁氧化物相关简介
        1.4.1 铁氧化物分类及其性质
        1.4.2 铁氧化物常见制备方法
            1.4.2.1 水热法
            1.4.2.2 气相沉积法
            1.4.2.3 溶胶凝胶法
            1.4.2.4 模板法
            1.4.2.5 自组装法
            1.4.2.6 其它合成法
        1.4.3 常见铁氧化物应用
            1.4.3.1 针铁矿
            1.4.3.2 赤铁矿
        1.4.4 微生物燃料电池中铁氧化物的应用
    1.5 本文的主要贡献与创新
    1.6 本论文结构安排
第二章 实电极制备表征测试与体系构建
    2.1 引言
    2.2 实验化学试剂
    2.3 实验仪器
    2.4 微生物的培养及富集
        2.4.1 微生物的种类及特点
        2.4.2 产电微生物的培养
    2.5 修饰阳极电极制备
    2.6 样品表征及测试方法
        2.6.1 X射线衍射（XRD）
        2.6.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.6.3 紫外可见分光光度仪（UV-Vis）
        2.6.4 激光共聚焦显微镜
        2.6.5 电化学测试
    2.7 BCA生物量表征
    2.8 微生物燃料电池体系的搭建
第三章 纳米针铁矿阵列前驱体合成
    3.1 引言
    3.2 实验方法
    3.3 实验结果分析
        3.3.1 前驱体针铁矿表征分析
            3.3.1.1 水热反应时间对前驱体影响SEM图
            3.3.1.2 反应釜空间占比对前驱体影响SEM图
    3.4 本章小结
第四章 赤铁矿阵列修饰电极制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验方法
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 赤铁矿阵列表征分析
            4.3.1.1 合成赤铁矿阵列SEM表征
            4.3.1.2 合成赤铁矿阵列XRD表征
            4.3.1.3 合紫外可见吸收（UV-Vis）表征
        4.3.2 赤铁矿阵列修饰电极电化学性能分析
            4.3.2.1 线性扫描伏安法
            4.3.2.2 电流-时间曲线图
            4.3.2.3 循环伏安曲线图
        4.3.3 前驱体水热反应时间和反应釜空间占比影响
            4.3.3.1 水热反应时间影响
            4.3.3.2 反应釜空间占比影响
        4.3.4 ShewanellaoneidensisMR-1生长曲线图
        4.3.5 荧光共焦表征
        4.3.6 赤铁矿阵列修饰电极表面蛋白附着量
    4.4 机制解释
    4.5 前景应用
    4.6 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同阳极微生物燃料电池产电性能的比较[J]. 尹航,胡翔.  环境工程学报. 2013(02)
[2]用高浓度对苯二甲酸溶液产电的微生物燃料电池[J]. 叶晔捷,宋天顺,徐源,陈英文,祝社民,沈树宝.  环境科学. 2009(04)
[3]二氧化锰沉淀分离EDTA滴定法测定电解锰生产中镁含量[J]. 孙大贵,刘兵,刘作华,杜军,陶长元.  冶金分析. 2008(11)
[4]高锰酸钾作阴极的微生物燃料电池[J]. 詹亚力,王琴,闫光绪,郭绍辉.  高等学校化学学报. 2008(03)
[5]乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程[J]. 冯玉杰,王鑫,李贺,任南琪.  哈尔滨工业大学学报. 2007(12)
[6]采用Nafion粘结剂的PEMFC氧电极研究[J]. 韩佐青,司永超,陈延禧,杨兰生.  物理化学学报. 1997(05)



本文编号：2938414