微生物燃料電池陽極制備及性能研究.pdf

1、微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell, MFC）利用微生物作為催化劑將廢水中可利用的有機(jī)物或無機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種將產(chǎn)電和污水凈化合為一體的新型污水處理技術(shù)。通常情況下，MFC由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成。目前 MFC面臨的首要挑戰(zhàn)是確保所用材料可得到最大的電能和功率輸出。陽極材料直接影響細(xì)菌附著量、底物氧化程度和電子轉(zhuǎn)移速度。因此選擇具有潛力的陽極材料，進(jìn)行表面修飾，進(jìn)而解析陽極材質(zhì)的表面特性對(duì)微生物燃料電池產(chǎn)

2、電性能的影響，必將進(jìn)一步推動(dòng)微生物燃料電池的應(yīng)用。
　　本文從陽極材料改性出發(fā)，對(duì)石墨棒陽極進(jìn)行修飾，制備了聚吡咯（PPy）膜陽極、聚吡咯/碳納米管（PPy/CNT）及聚苯胺/碳納米管（PANI/CNT）復(fù)合陽極，并將其分別應(yīng)用到厭氧流化床微生物燃料電池（AFBMFC）中，測(cè)試電池的產(chǎn)電性能及污水處理能力。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）用三種不同的電化學(xué)方法（恒電流法、恒電壓法和循環(huán)伏安法）制備聚吡咯膜電極并應(yīng)用到 AFBM

3、FC中。結(jié)果表明循環(huán)伏安法制備的修飾陽極AFBMFC產(chǎn)電性能最好，最大功率密度和開路電壓分別為102.8 mW·m-2和771.2 mV，與恒電流法和恒電壓法相比，最大功率密度分別提高了59.37％和10.18%，開路電壓分別提高了40.24%和20.50%。利用循環(huán)伏安法制備聚吡咯膜，最佳制備條件為：選用H2SO4為質(zhì)子酸，質(zhì)子酸濃度為1.0 mol·L-1，吡咯單體濃度為0.2 mol·L-1，聚合圈數(shù)為24圈。
　?。?）在

4、聚吡咯中摻雜一定量的碳納米管可有效的提高陽極的導(dǎo)電性，當(dāng)摻雜量為5%時(shí)，復(fù)合電極的導(dǎo)電性最好，未修飾電極、PPy膜陽極和PPy/CNT復(fù)合陽極分別應(yīng)用到 AFBMFC中測(cè)試電池的產(chǎn)電性能及污水處理能力。未修飾電極、PPy膜電極、PPy/CNT膜陽極的MFC開路電壓分別為589.3 mV、751.6 mV和793.3 mV，將極化曲線二次擬合后得到三條曲線的表觀內(nèi)阻分別為1968.96Ω、1457.71Ω和1002.76Ω，最大功率密度分

5、別為37.86 mW·m-2、93.51 mW·m-2和150.54 mW·m-2。
　?。?）采用電化學(xué)方法制備 PPy/CNT、PANI/CNT復(fù)合陽極，將未修飾電極、PANI/CNT、PPy/CNT復(fù)合陽極分別應(yīng)用到AFBMFC中，電池開路電壓分別為556.93 mV、824.80 mV和827.39 mV，表觀內(nèi)阻依次為1790.09Ω、1038.05Ω和869.09Ω，最大功率密度依次達(dá)到37.76 mW·m-2、177