基于功能聚合物的微生物/电极界面构建及作用机制研究

发布时间：2024-02-01 14:47

　　微生物电化学系统(Bioelectrochemicalsystem,BES)在实现从污染物治理过程回收能量的同时,还可对环境废弃物进行资源化转化,有着广阔的应用前景。然而,微生物/电极界面作用机制研究是该领域亟需解决的关键科学问题之一。在BES中,微生物与电极主要存在电子转移和物理附着的联系,但微生物附着行为和电子传递过程可控性差制约了其性能的提高。本文通过在微生物与电极间引入功能聚合物界面,强化并调控微生物与电极之间的电子传递过程,实现微生物在电极表面的选择性附着,为BES的高效稳定运行提供理论和技术支持。针对生物附着性能差、界面电子传递效率低的非贵金属电极材料,提出聚吡咯/活性炭修饰电极界面的方法,构建复合微生物阳极材料,加速微生物/电极间的电子传递。利用氮元素含量较高的马尾藻基活性碳强化电极与细菌之间的亲和性,同时结合聚吡咯与不锈钢的高电导率和微观三维结构实现电子的快速导出。制备的电极材料在微生物燃料电池(MFC)中的最大输出功率密度达45.2 W/m3,且电极表面微生物附着更加均匀。对聚吡咯/活性炭修饰不锈钢材料表面电子传递动力学研究表明,底物电子供体浓度相比电极电势对阳极电子...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1MFC结构原理示意图

，ｉｃｒｏｂｉａｌ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ，?ＭＦＣ）和微生物电解池（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?ｅｌｅｃｔ利用阳极ＥＡＢ催化降解有机底物，生成Ｃ０２、质子，同内转移至胞外，传递至阳极；阳极获取了电子．后通过外电在阴极表面结合扩散而来的质子与氧化剂（如氧气、铁。典型的双室ＭＦＣ反应器结构如图....

图１．２?ＭＥＣ结构原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＭＥＣ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??

促进底物的快速分解；在阴极使用ＥＡＢ情况时，阴极表面的ＥＡＢ能从电极接收??电子，用于细胞代谢并通过呼吸链将其余电子传递至底物，用于合成还原产物［７］。??典型的双室ＭＥＣ反应器结构如图１．２所示，阳极室与阴极室通过ＰＥＭ相隔，两??室内分别插入阴阳电极。电极间接入直流电源，用于....

图１．４碳基电极材料：（ａ）石墨片（ｂ）碳纸（ｃ）碳布（ｄ）碳毡和（ｅ）碳刷??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｃａｒｂｏｎ?ｂａｓｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?ｇｒａｐｈｉｔｅ；?（ｂ）?ｃａｒｂｏｎ?ｐａｐｅｒ；?（ｃ）?ｃａｒｂｏｎ?ｃｌｏｔｈ；?（ｄ）??

碳基材料是目前研究最多的徽生物电极材料，其生物适应性好，又具备较好??的电化学惰性。除了石墨电极，通过不同的加工工艺，碳基材料已被加工为碳纸、??碳布、碳毡、碳刷等形式多样的电极材料（如图１．４）。电极结构的改进增大了材??料比表面积，为微生物的附着提供了更多位点。Ｌｏｇａｎ教授....

图１．７本论文研究技术路线??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｐｌａｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｅｓｉｓ．??

细菌快速检测电化学传感器。??１．６．２技术路线??本论文的研究技术路线如图１．７所示。??＇；＇?Ｐ４ＶＰ聚合物刺激啕应界面??此?東?敗?＾＼?．?丨看环伏安法分析??％?７Ｓ?光Ｋｆｒ成与测试??二一．．，＾?：??＾?Ｊ?１＝＝＝＾?｜?ｔｒ时天培：云分打?；??＼?＿?....

本文编号：3892298