微生物燃料电池PB/rGO阴极材料及导电膜自清洁性能研究
发布时间：2021-01-18 17:08
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells, MFCs）能够在微生物的作用下将废水中的有机污染物的化学能直接转化为电能,实现处理废水和回收电能的双重目的。氧气常被用作MFCs的阴极电子受体还原,催化氧还原阴极材料的性能对得到稳定的MFCs产电性能和扩展MFCs应用范围起着关键作用。普鲁士蓝（Prussianblue, PB）具有良好的电催化氧还原活性,可以作为MFCs的阴极修饰材料。然而,PB与电极表面粘附力弱且机械稳定性差,使得其在MFCs中的长期稳定性较差,所以提高PB在电极表面的吸附能力和机械稳定性有助于解决长期稳定运行的问题。膜生物反应器（Membrane Bioreactors, MBRs）具有膜分离和生物处理技术的优点,而膜污染是MBRs扩大应用范围和降低处理成本的主要瓶颈。MFCs-MBR强化污水处理的耦合系统,可有效的利用MBR曝气池提供的氧气作为MFCs阴极的电子受体,不仅能够得到高质量的出水以及连续长周期稳定的电池电压,同时膜污染情况也得到了一定的缓解。但是如何改善MFCs-MBRs系统阴极的导电与过滤功能,解决膜污染问题研究较少。本论文以研究MFCs...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１微生物燃料电池结构与原理示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??
?阳极产电微生物的代谢是产酸的反应，因此阳极出水ｐＨ的变化也能够说明产电菌??性能变化情况。如图２．４所示，启动过程中，阳极出水ｐＨ逐渐下降，由最初出水接近??７，在第１０个周期出水达到了?５．１。由于阳极质子浓度远远小于阳极其他阳离子浓度，??因此阳极产生的质子很少会通过质子膜传递至阴极。而阳极溶液ｐＨ的持续产生和积累，??可能是导致阳极ＣＯＤ去除率不能再升高的一种原因，因为虽然产电微生物有一定的耐??酸性，但是持续下降的ｐＨ会影响其代谢功能。因此许多学者也在研宄提高阳极进水ｐＨ，??以达到比较高的有机物去除率，但是维持比较高的阳极ｐＨ需要加入碱性物质来调节，??比较难控制而且会增加费用。本论文中主要是考察阴极的特性，需要比较稳定的阳极表??现，因此采用前面所述的进水。??２．５．２启动前后阳极石墨颗粒表面扫描电镜表征??１Ｅ??？肥糾！ｉ．ｊ?ｉｉ＇ｊｉ
??氧化石墨稀、石墨稀、普鲁士蓝以及普鲁士蓝／石墨稀的红外光谱分析结果图３．４所??示。在１７２８?ｃｍ＿ｉ处的峰是由于Ｃ＝０的伸缩振动引起的，１５８８?ｃｎｆｉ处的峰是由于未被氧??化Ｃ＝Ｃ的骨架振动引起［１９４］，而１４２６、１２１５以及１０４８?ｃｍ—１处的伸缩振动峰是由于０－Ｈ、??环氧官能团（Ｃ－０）和焼氧基（Ｃ－０）的变形所引起的，这些峰在ａ曲线中均有很明显的体现。??但是在经过铁还原后的ｂ和ｄ曲线上，以上这些峰发生不同程度的消失和衰减，也即发??生了还原反应但是还原程度不完全。曲线Ｃ和ｄ中，２０９０、６０２和４９８?ｃｎｆｉ处的峰是由??于普鲁士蓝中的Ｆｅ２＋－ＣＮ－Ｆｅ３＋的Ｃ－Ｎ伸缩振动和Ｆｅ－Ｃ－Ｎ结构的弯曲振动所引起的［ｉ９５］，??在曲线ｄ中２０９０处的峰发生稍微的分裂。由此可以看出，在ＰＢ／ｒＧＯ中ｒＧＯ纳米结构??上有普鲁士蓝纳米成分
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体式MFC-好氧MBR运行效果及膜污染特性[J]. 迪世靖,左薇,王德震,田禹. 环境工程学报. 2014(04)
[2]MFC-MBR耦合系统运行效果[J]. 王翠娜,田禹,苏欣颖,李慧. 环境工程学报. 2013(08)
[3]MFC-MBR耦合系统中SMP与EPS特性的研究[J]. 李慧,田禹,苏欣颖,王翠娜. 中国环境科学. 2013(01)
[4]An MFC capable of regenerating the cathodic electron acceptor under sunlight[J]. FU Qian,LI Jun,ZHU Xun,LIAO Qiang,YE DingDing & ZHANG Liang Institute of Engineering Thermophysics,Chongqing University,Chongqing 400030,China. Science China（Technological Sciences）. 2010(09)
[5]聚合物膜燃料电池阴极非Pt催化剂[J]. 赵东江,尹鸽平,魏杰. 化学进展. 2009(12)
[6]高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体[J]. 温青,刘智敏,陈野,李凯峰. 电源技术. 2008(09)
[7]蒽醌/聚吡咯复合膜修饰电极的电化学行为和电催化活性[J]. 张国权,杨凤林. 催化学报. 2007(06)
[8]过氧化氢生产方法的研究进展[J]. 张越,马智,丁彤. 工业催化. 2004(03)
[9]膜生物反应器在水处理中的研究及应用[J]. 郑祥,朱小龙,张绍园,张坤,樊耀波. 环境污染治理技术与设备. 2000(05)
博士论文
[1]微生物燃料电池SPG和PB/PANI氧还原阴极的研究[D]. 付磊.大连理工大学 2010
[2]膜抗生物污染改性及其在MBR中性能研究[D]. 王婵婵.大连理工大学 2010
[3]聚氨基蒽醌修饰氧还原阴极性能及其电Fenton的应用[D]. 高明明.大连理工大学 2009
[4]掺杂蒽醌/聚吡咯膜电极的电催化氧还原性能及应用研究[D]. 张国权.大连理工大学 2008
本文编号：2985320
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１微生物燃料电池结构与原理示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??
?阳极产电微生物的代谢是产酸的反应，因此阳极出水ｐＨ的变化也能够说明产电菌??性能变化情况。如图２．４所示，启动过程中，阳极出水ｐＨ逐渐下降，由最初出水接近??７，在第１０个周期出水达到了?５．１。由于阳极质子浓度远远小于阳极其他阳离子浓度，??因此阳极产生的质子很少会通过质子膜传递至阴极。而阳极溶液ｐＨ的持续产生和积累，??可能是导致阳极ＣＯＤ去除率不能再升高的一种原因，因为虽然产电微生物有一定的耐??酸性，但是持续下降的ｐＨ会影响其代谢功能。因此许多学者也在研宄提高阳极进水ｐＨ，??以达到比较高的有机物去除率，但是维持比较高的阳极ｐＨ需要加入碱性物质来调节，??比较难控制而且会增加费用。本论文中主要是考察阴极的特性，需要比较稳定的阳极表??现，因此采用前面所述的进水。??２．５．２启动前后阳极石墨颗粒表面扫描电镜表征??１Ｅ??？肥糾！ｉ．ｊ?ｉｉ＇ｊｉ
??氧化石墨稀、石墨稀、普鲁士蓝以及普鲁士蓝／石墨稀的红外光谱分析结果图３．４所??示。在１７２８?ｃｍ＿ｉ处的峰是由于Ｃ＝０的伸缩振动引起的，１５８８?ｃｎｆｉ处的峰是由于未被氧??化Ｃ＝Ｃ的骨架振动引起［１９４］，而１４２６、１２１５以及１０４８?ｃｍ—１处的伸缩振动峰是由于０－Ｈ、??环氧官能团（Ｃ－０）和焼氧基（Ｃ－０）的变形所引起的，这些峰在ａ曲线中均有很明显的体现。??但是在经过铁还原后的ｂ和ｄ曲线上，以上这些峰发生不同程度的消失和衰减，也即发??生了还原反应但是还原程度不完全。曲线Ｃ和ｄ中，２０９０、６０２和４９８?ｃｎｆｉ处的峰是由??于普鲁士蓝中的Ｆｅ２＋－ＣＮ－Ｆｅ３＋的Ｃ－Ｎ伸缩振动和Ｆｅ－Ｃ－Ｎ结构的弯曲振动所引起的［ｉ９５］，??在曲线ｄ中２０９０处的峰发生稍微的分裂。由此可以看出，在ＰＢ／ｒＧＯ中ｒＧＯ纳米结构??上有普鲁士蓝纳米成分
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体式MFC-好氧MBR运行效果及膜污染特性[J]. 迪世靖,左薇,王德震,田禹. 环境工程学报. 2014(04)
[2]MFC-MBR耦合系统运行效果[J]. 王翠娜,田禹,苏欣颖,李慧. 环境工程学报. 2013(08)
[3]MFC-MBR耦合系统中SMP与EPS特性的研究[J]. 李慧,田禹,苏欣颖,王翠娜. 中国环境科学. 2013(01)
[4]An MFC capable of regenerating the cathodic electron acceptor under sunlight[J]. FU Qian,LI Jun,ZHU Xun,LIAO Qiang,YE DingDing & ZHANG Liang Institute of Engineering Thermophysics,Chongqing University,Chongqing 400030,China. Science China（Technological Sciences）. 2010(09)
[5]聚合物膜燃料电池阴极非Pt催化剂[J]. 赵东江,尹鸽平,魏杰. 化学进展. 2009(12)
[6]高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体[J]. 温青,刘智敏,陈野,李凯峰. 电源技术. 2008(09)
[7]蒽醌/聚吡咯复合膜修饰电极的电化学行为和电催化活性[J]. 张国权,杨凤林. 催化学报. 2007(06)
[8]过氧化氢生产方法的研究进展[J]. 张越,马智,丁彤. 工业催化. 2004(03)
[9]膜生物反应器在水处理中的研究及应用[J]. 郑祥,朱小龙,张绍园,张坤,樊耀波. 环境污染治理技术与设备. 2000(05)
博士论文
[1]微生物燃料电池SPG和PB/PANI氧还原阴极的研究[D]. 付磊.大连理工大学 2010
[2]膜抗生物污染改性及其在MBR中性能研究[D]. 王婵婵.大连理工大学 2010
[3]聚氨基蒽醌修饰氧还原阴极性能及其电Fenton的应用[D]. 高明明.大连理工大学 2009
[4]掺杂蒽醌/聚吡咯膜电极的电催化氧还原性能及应用研究[D]. 张国权.大连理工大学 2008
本文编号：2985320
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