三维碳材料阳极在微生物燃料电池中应用性能的研究

发布时间：2022-02-22 23:38

　　随着人类活动的增多,对能量的需求也随之增加,化石能源的消耗促使全球各地都在寻找一种潜在的廉价清洁的可再生能源技术。微生物燃料电池（MFCs）利用微生物降解废水中的有机物质,并以电能的方式回收存储于其中的能量,有效地将污水处理和能量回收技术结合在一起,被认为是一种非常具有发展前景的新型能源技术。近年来,在科研人员的努力研究下,MFCs从可再生资源中回收能量的能力已经得到重大突破。然而,较低的输出功率以及昂贵的电极材料成本,仍是限制MFCs规模化及实际生产应用的主要挑战。阳极作为MFCs中产电微生物氧化有机底物并传输电子的主要场所,其性质与MFCs的产电性能密切相关。在当前应用的阳极材料中,具有良好生物相容性和高比表面积的三维（3D）碳材料阳极,在富集微生物和回收电子方面具有较大的优势,备受研究者青睐。本研究首先采用价格低廉且高比表面积的3D酚醛碳毡为阳极,通过不同温度的热处理,获得了较高的产电性能;然后对酚醛碳毡进行不同的化学改性处理,探究改性后的酚醛碳毡阳极的产电性能;最后,为进一步降低阳极材料电阻,采用具有较高导电能力和超大孔的中间相沥青基碳泡沫作阳极,深入分析了其本征性质与MFCs... 

【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 微生物燃料电池(MFCs)的概述
        1.2.1 微生物燃料电池的发展历程
        1.2.2 微生物燃料电池的基本工作原理
        1.2.3 微生物燃料电池的构型分类
        1.2.4 微生物燃料电池的应用研究
    1.3 微生物燃料电池的阳极材料
        1.3.1 碳质阳极
        1.3.2 金属基阳极
        1.3.3 表面修饰复合阳极
    1.4 微生物燃料电池的阴极材料
    1.5 本论文的研究意义和研究内容
        1.5.1 本课题的研究目的和意义
        1.5.2 本课题的研究内容
第2章 实验内容和方法
    2.1 实验材料及试剂
        2.1.1 主要实验材料
        2.1.2 主要实验试剂
        2.1.3 葡萄糖营养液成分
    2.2 主要实验设备
    2.3 MFCs的性能测试和材料的表征方法
        2.3.1 本实验主要测试仪器
        2.3.2 MFCs的组装与运行
        2.3.3 MFCs的电化学性能测试方法
        2.3.4 材料的表征方法
第3章 酚醛碳毡阳极在MFCs中的应用研究
    3.1 前言
    3.2 酚醛碳毡阳极的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 MFC的产电性能
        3.3.2 酚醛碳毡阳极的SEM分析
        3.3.3 FT-IR和XPS分析
        3.3.4 Zeta电位分析
    3.4 本章小结
第4章 改性酚醛碳毡阳极对MFCs产电性能的影响
    4.1 前言
    4.2 改性酚醛碳毡阳极的制备
    4.3 酚醛活性碳毡阳极的产电性能分析
        4.3.1 MFC的产电性能
        4.3.2 酚醛活性酚醛碳毡阳极的表面性质
    4.4 氨气改性酚醛碳毡阳极的产电性能
        4.4.1 MFCs的产电性能
        4.4.2 SEM和电阻率分析
        4.4.3 XPS结果分析
    4.5 本章小结
第5章 高导电碳泡沫阳极在MFCs中的应用研究
    5.1 前言
    5.2 阳极材料的制备
    5.3 GMCF阳极的产电性能分析及讨论
        5.3.1 MFCs的产电性能
        5.3.2 MFCs的内阻分析
        5.3.3 阳极材料的SEM分析
    5.4 热硝酸改性GMCF对MFCs产电性能的影响
        5.4.1 硝酸改性对MFCs产电性能的影响
        5.4.2 GMCF阳极的SEM和体积电阻分析
    5.5 高导电碳泡沫GMCF阳极的经济适用性分析
    5.6 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
硕士期间取得的学术成果
作者及导师简介
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]生物电化学系统3种典型构型及其应用研究进展[J]. 华涛,李胜男,周启星,李凤祥,李亚宁.  应用与环境生物学报. 2018(03)
[2]微生物燃料电池Fe-N掺杂炭黑阴极催化剂性能研究[J]. 谢仰恩,王丁玲,马兆昆,宋怀河,XU Pei.  无机材料学报. 2018(03)
[3]Characterization of Fe/N-doped graphene as air-cathode catalyst in microbial fuel cells[J]. Dingling Wang,Zhaokun Ma,Yang’en Xie,Huaihe Song.  Journal of Energy Chemistry. 2017(06)
[4]Melamine modified carbon felts anode with enhanced electrogenesis capacity toward microbial fuel cells[J]. Yang’en Xie,Zhaokun Ma,Huaihe Song,Zachary A.Stoll,Pei Xu.  Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[5]碳纤维及其应用发展[J]. 赵晓明,刘元军,拓晓.  成都纺织高等专科学校学报. 2015(03)
[6]微生物燃料电池性能参数及其评价方法[J]. 董容莉,梁燃燃,滕洪辉.  广州化工. 2015(04)
[7]中间相沥青基泡沫炭的制备及性能[J]. 闫曦,史景利,宋燕,郭全贵,刘朗.  宇航材料工艺. 2006(02)
[8]中国生物质能源与生物质利用现状与展望[J]. 孙永明,袁振宏,孙振钧.  可再生能源. 2006(02)
[9]酚醛纤维在热处理过程中微结构的变化[J]. 刘春玲,郭全贵,史景利,刘朗.  新型炭材料. 2004(02)
[10]酚醛基活性碳纤维[J]. 贺福,杨永岗.  高科技纤维与应用. 2003(05)

硕士论文
[1]酚醛基活性碳纤维的制备、改性及其性能研究[D]. 云庆跃.太原理工大学 2018
[2]基于底物类型的沉积型微生物燃料电池产电特性研究[D]. 赵娟.江南大学 2010



本文编号：3640415