聚吡咯复合材料在微生物燃料电池中的产电储能性能研究
发布时间：2021-10-01 03:18
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是利用微生物的催化作用直接将污水中的有机质转化为电能的新技术。阳极是对微生物电池性能影响最大的因素。本论文研究了聚吡咯复合电极材料的制备及其作为阳极在MFC中的应用,并研究其对MFC产电储能性能的影响。采用原位生长法制备出掺杂不同质量分数的羧甲基纤维素/聚吡咯复合电极材料,通过电化学测试得出聚吡咯（PPy）和羧甲基纤维素（CMC）复合材料的最优比例,并制备出聚吡咯-羧甲基纤维素/海绵电极。将制备的聚吡咯-羧甲基纤维素/海绵电极、聚吡咯/海绵和空白海绵电极应用到MFC后得到的最大功率密度分别为4.88 W/m3、3.64 W/m3、2.85W/m3。在充电60 min放电120 min（C60/D120）时,聚吡咯-羧甲基纤维素/海绵阳极电池的释放电量Qm为7000.43 mC/cm2,相比于聚吡咯/海绵阳极电池和海绵阳极电池分别增大了2199.37 mC/cm2、5814.25 mC/cm
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池的产电机理
电极的表面积及电子转移能力，进而增加了电极的电化学活性从而增加了 MF的输出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨复合材料生物阳极，MFC 阳合材料修饰后，最大电压提升到 573 mV，最大功率密度达到 884 mW/m2，复极为微生物的寄居提供了更大的表面积，同时，电极的高导电性促进了电极与间的电子转移，所以最大功率远远高于只采用聚苯胺修饰的。导电聚合物多元材料是应用于微生物燃料电池的一种高效并且很有前景的阳极材料。所以我们咯与羧甲基纤维素进行复合，并将该复合材料作为阳极运用到微生物燃料电池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高储能容量，良好的环境稳定性和易于化学和电而备受关注。它们是迄今为止在电化学能量存储和转换系统中的最好的电极材62, 63]。其结构示意图如图 1.2 所示，PPy 的有序纳米混合物不仅表现出 P 型和 N 合物的良好电容行为，而且为离子扩散提供了有效途径。PPy 的阴离子掺杂可和放电过程中充分利用电解质中的离子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]将聚吡咯沉积在网状玻璃碳上，并作为阳极应用与 MFC 上，过研究发现，沉积过 PPy 的阳极功率密度得到了明显提高，最大功率密度达到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的电化学性能，使得电池的产电效率也得以提升。这些果表明导电聚合物的纳米多孔材料对于诸如超级电容器和二次电池的储能装置的实应用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纤维素(CMC)羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纤维素经过碱化者醚化后得到的阴离子纤维素醚[72]。羧甲基纤维素通常是白色的或者淡黄色的颗粒状固体。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有机溶剂[73, 74]，其结构意图如图 1.3 所示。羧甲基纤维素因为其具有增加粘稠、胶体保护、成膜等功能，所被广泛应用到石油开采、食品、化妆品、造纸和药品等多方面领域，如今羧甲基纤维也逐渐被应用在锂电池和陶瓷等高端产品。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈城市水污染的现状与治理建议[J]. 潘鑫. 资源节约与环保. 2018(08)
[2]城镇污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施[J]. 相华旭. 科技创新与应用. 2017(01)
[3]微生物燃料电池耦合型废水处理反应器研究进展[J]. 罗鸥,杨永刚,刘国光,许玫英. 工业水处理. 2016(03)
[4]羧甲基纤维素钠与聚乳酸共混体系的研究[J]. 谭辉,何小维,周艳. 现代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料电池的产电机制[J]. 卢娜,周顺桂,倪晋仁. 化学进展. 2008(Z2)
[6]废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J]. 孙健,胡勇有. 工业用水与废水. 2008(01)
[7]导电聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通报. 2005(04)
[8]羧甲基纤维素的生产与应用[J]. 刘关山. 辽宁化工. 2002(10)
博士论文
[1]碳纳米材料修饰电极强化微生物燃料电池产电特性与机理[D]. 张亚平.华南理工大学 2014
[2]超级电容器用聚苯胺纳米纤维的制备、改性和电容特性研究[D]. 方静.中南大学 2012
[3]聚吡咯基导电复合材料的制备及其性能研究[D]. 杨超.兰州大学 2011
[4]环境污染与经济可持续发展的关系及影响机制研究[D]. 黄菁.湖南大学 2010
硕士论文
[1]12种化学合成类制药污水和氯苯胁迫下鱼的急性毒性效应[D]. 申冰玉.吉林农业大学 2013
本文编号：3417134
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池的产电机理
电极的表面积及电子转移能力，进而增加了电极的电化学活性从而增加了 MF的输出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨复合材料生物阳极，MFC 阳合材料修饰后，最大电压提升到 573 mV，最大功率密度达到 884 mW/m2，复极为微生物的寄居提供了更大的表面积，同时，电极的高导电性促进了电极与间的电子转移，所以最大功率远远高于只采用聚苯胺修饰的。导电聚合物多元材料是应用于微生物燃料电池的一种高效并且很有前景的阳极材料。所以我们咯与羧甲基纤维素进行复合，并将该复合材料作为阳极运用到微生物燃料电池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高储能容量，良好的环境稳定性和易于化学和电而备受关注。它们是迄今为止在电化学能量存储和转换系统中的最好的电极材62, 63]。其结构示意图如图 1.2 所示，PPy 的有序纳米混合物不仅表现出 P 型和 N 合物的良好电容行为，而且为离子扩散提供了有效途径。PPy 的阴离子掺杂可和放电过程中充分利用电解质中的离子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]将聚吡咯沉积在网状玻璃碳上，并作为阳极应用与 MFC 上，过研究发现，沉积过 PPy 的阳极功率密度得到了明显提高，最大功率密度达到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的电化学性能，使得电池的产电效率也得以提升。这些果表明导电聚合物的纳米多孔材料对于诸如超级电容器和二次电池的储能装置的实应用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纤维素(CMC)羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纤维素经过碱化者醚化后得到的阴离子纤维素醚[72]。羧甲基纤维素通常是白色的或者淡黄色的颗粒状固体。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有机溶剂[73, 74]，其结构意图如图 1.3 所示。羧甲基纤维素因为其具有增加粘稠、胶体保护、成膜等功能，所被广泛应用到石油开采、食品、化妆品、造纸和药品等多方面领域，如今羧甲基纤维也逐渐被应用在锂电池和陶瓷等高端产品。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈城市水污染的现状与治理建议[J]. 潘鑫. 资源节约与环保. 2018(08)
[2]城镇污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施[J]. 相华旭. 科技创新与应用. 2017(01)
[3]微生物燃料电池耦合型废水处理反应器研究进展[J]. 罗鸥,杨永刚,刘国光,许玫英. 工业水处理. 2016(03)
[4]羧甲基纤维素钠与聚乳酸共混体系的研究[J]. 谭辉,何小维,周艳. 现代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料电池的产电机制[J]. 卢娜,周顺桂,倪晋仁. 化学进展. 2008(Z2)
[6]废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J]. 孙健,胡勇有. 工业用水与废水. 2008(01)
[7]导电聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通报. 2005(04)
[8]羧甲基纤维素的生产与应用[J]. 刘关山. 辽宁化工. 2002(10)
博士论文
[1]碳纳米材料修饰电极强化微生物燃料电池产电特性与机理[D]. 张亚平.华南理工大学 2014
[2]超级电容器用聚苯胺纳米纤维的制备、改性和电容特性研究[D]. 方静.中南大学 2012
[3]聚吡咯基导电复合材料的制备及其性能研究[D]. 杨超.兰州大学 2011
[4]环境污染与经济可持续发展的关系及影响机制研究[D]. 黄菁.湖南大学 2010
硕士论文
[1]12种化学合成类制药污水和氯苯胁迫下鱼的急性毒性效应[D]. 申冰玉.吉林农业大学 2013
本文编号：3417134
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3417134.html
