微生物燃料电池阳极优化及其产氢应用的研究
发布时间：2024-02-02 12:15
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种在电化学活性微生物的催化作用下,将可降解底物(有机质)直接转化为电能的新型生物电化学技术。MFC技术在污染物修复、电解制氢和生物传感器等领域有广阔的应用前景。在过去二十年,MFC研究取得了重大进展,功率密度成倍的增加。然而,由于昂贵电极材料和缓慢的微生物动力学特性的限制,MFC阳极性能仍然是制约双室MFC性能的瓶颈。本文提出采用二硫化钼纳米花(Molybdenum Disulfide,MoS2)和热处理方法对不锈钢纤维毡(Stainless Steel Fiber Felt,SSFF)基底阳极进行修饰,以改善MFC性能和降低电极成本;并采用聚苯胺修饰的SSFF阴极对其应用微生物电解池(Microbial Electrolytic Cells,MEC)性能进行了探究。论文主要开展的工作包括:(1)采用一步水热法制备二硫化钼纳米花及其修饰MFC阳极性能研究。提出用简单一步水热法制备二硫化钼纳米花用于修饰碳布(CC)和SSFF阳极,并对其性能进行了实验研究。与未修饰CC和SSFF阳极的对比研究表明...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 生物电化学系统
1.2.1 微生物燃料电池简介
1.2.2 胞外电子传递与接种菌群
1.3 国内外研究
1.3.1 碳材料阳极
1.3.2 金属材料阳极
1.4 微生物燃料电池的应用
1.4.1 微生物电解池原理
1.4.2 微生物电解池研究进展
1.5 存在问题
1.6 研究内容
1.7 本章小结
第2章 实验与方法
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 反应器设计
2.2.2 溶液的配制
2.2.3 电化学活性微生物的驯化
2.3 主要表征手段
2.3.1 扫描电子显微镜
2.3.2 电化学测试
2.3.3 X射线衍射
2.3.4 BET测试
2.3.5 X射线光电子能谱
2.3.6 XPS Peak4.1 软件
2.4 主要评价参数
2.4.1 MFC评价参数
2.4.2 MEC评价参数
2.5 主要仪器和实验设备
2.6 本章小结
第3章 二硫化钼纳米花修饰MFC阳极的研究
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 二硫化钼的制备
3.2.2 电极制备
3.2.3 MFC运行
3.2.4 电极表面形貌与化学性质
3.2.5 测试与分析
3.3 结果与分析
3.3.1 电极形貌表征
3.3.2 电极表面能谱分析
3.3.3 输出电压曲线
3.3.4 MFC功率密度和极化曲线
3.3.5 阴极和阳极的极化曲线分析
3.3.6 电化学阻抗谱分析
3.3.7 伏安曲线分析
3.3.8 生物膜形貌分析
3.4 本章小结
第4章 热处理不锈钢纤维毡MFC阳极的研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料
4.2.2 电极制备
4.2.3 MFC运行
4.2.4 电极表面形貌与化学特性
4.2.5 测试与分析
4.3 结果与分析
4.3.1 电极CV测试分析
4.3.2 电极形貌表征
4.3.3 X射线光电子能谱分析
4.3.4 输出电压曲线
4.3.5 MFC功率密度和极化曲线
4.3.6 阴极和阳极的极化曲线分析
4.3.7 电化学阻抗谱分析
4.3.8 伏安曲线分析
4.4 本章小结
第5章 聚苯胺修饰不锈钢纤维毡MEC阴极的研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 电极制备
5.2.2 微生物电解池的运行
5.2.3 电极表征及运行性能测试
5.3 结果与分析
5.3.1 循环伏安法制备PANI修饰电极
5.3.2 PANI修饰电极的形貌表征
5.3.3 聚合圈数对修饰电极的影响
5.3.4 修饰阴极的线性伏安特性
5.3.5 电流密度和产氢量
5.3.6 COD去除率和产氢速率
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士期间所发表的学术论文
致谢
本文编号：3892645
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 生物电化学系统
1.2.1 微生物燃料电池简介
1.2.2 胞外电子传递与接种菌群
1.3 国内外研究
1.3.1 碳材料阳极
1.3.2 金属材料阳极
1.4 微生物燃料电池的应用
1.4.1 微生物电解池原理
1.4.2 微生物电解池研究进展
1.5 存在问题
1.6 研究内容
1.7 本章小结
第2章 实验与方法
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 反应器设计
2.2.2 溶液的配制
2.2.3 电化学活性微生物的驯化
2.3 主要表征手段
2.3.1 扫描电子显微镜
2.3.2 电化学测试
2.3.3 X射线衍射
2.3.4 BET测试
2.3.5 X射线光电子能谱
2.3.6 XPS Peak4.1 软件
2.4 主要评价参数
2.4.1 MFC评价参数
2.4.2 MEC评价参数
2.5 主要仪器和实验设备
2.6 本章小结
第3章 二硫化钼纳米花修饰MFC阳极的研究
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 二硫化钼的制备
3.2.2 电极制备
3.2.3 MFC运行
3.2.4 电极表面形貌与化学性质
3.2.5 测试与分析
3.3 结果与分析
3.3.1 电极形貌表征
3.3.2 电极表面能谱分析
3.3.3 输出电压曲线
3.3.4 MFC功率密度和极化曲线
3.3.5 阴极和阳极的极化曲线分析
3.3.6 电化学阻抗谱分析
3.3.7 伏安曲线分析
3.3.8 生物膜形貌分析
3.4 本章小结
第4章 热处理不锈钢纤维毡MFC阳极的研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料
4.2.2 电极制备
4.2.3 MFC运行
4.2.4 电极表面形貌与化学特性
4.2.5 测试与分析
4.3 结果与分析
4.3.1 电极CV测试分析
4.3.2 电极形貌表征
4.3.3 X射线光电子能谱分析
4.3.4 输出电压曲线
4.3.5 MFC功率密度和极化曲线
4.3.6 阴极和阳极的极化曲线分析
4.3.7 电化学阻抗谱分析
4.3.8 伏安曲线分析
4.4 本章小结
第5章 聚苯胺修饰不锈钢纤维毡MEC阴极的研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 电极制备
5.2.2 微生物电解池的运行
5.2.3 电极表征及运行性能测试
5.3 结果与分析
5.3.1 循环伏安法制备PANI修饰电极
5.3.2 PANI修饰电极的形貌表征
5.3.3 聚合圈数对修饰电极的影响
5.3.4 修饰阴极的线性伏安特性
5.3.5 电流密度和产氢量
5.3.6 COD去除率和产氢速率
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士期间所发表的学术论文
致谢
本文编号：3892645
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