單室微生物燃料電池的電極優(yōu)化及應(yīng)用研究.pdf

1、微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一種利用產(chǎn)電微生物的催化作用將有機(jī)物中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。該技術(shù)可以作為一種新型的廢水處理方式，在處理廢水的同時產(chǎn)電。目前，關(guān)于微生物燃料電池的研究還不成熟，微生物燃料電池技術(shù)的發(fā)展仍然有許多問題亟待解決。其中，阻礙該技術(shù)商業(yè)化和實際應(yīng)用擴(kuò)大化的兩大問題是產(chǎn)電性能差和成本高，而電極材料則是決定 MFC產(chǎn)電性能和成本的關(guān)鍵因素。如何通過對陰陽極材料修飾優(yōu)化來提高

2、MFC的整體產(chǎn)電性能顯得尤為重要。
　　本文以單室微生物燃料電池為基礎(chǔ)，以石墨烯和聚苯胺為修飾材料，分別對MFC的陰陽極進(jìn)行修飾優(yōu)化，探討了陰陽極的修飾優(yōu)化對MFC產(chǎn)電性能的影響。在電極優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對單室MFC降解土霉素進(jìn)行了初探。本論文的研究結(jié)果概括如下：
　?。?）采用浸漬法制備了石墨烯/碳布電極（G/CC）、聚苯胺/碳布電極（PANI/CC）和聚苯胺-石墨烯/碳布電極（PANI-G/CC），并對其進(jìn)行了線性掃描伏安法

3、（LSV）和電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試。測試結(jié)果表明，碳布電極經(jīng)石墨烯-聚苯胺修飾后，氧氣還原催化活性增大，活化內(nèi)阻顯著降低。將CC、G/CC、PANI-G/CC電極分別裝配到自制的單室MFC陰極中運行，得到PANI-G/CC陰極MFC的最大功率密度8.48 mW/m2，分別是CC陰極MFC和G/CC陰極的3.2倍和1.7倍。說明石墨烯-聚苯胺修飾陰極可提高單室MFC的產(chǎn)電性能，且效果優(yōu)于石墨烯單一修飾。
　?。?）用磺化酞菁鈷（

4、CoPcSO4）催化劑修飾四種不同電極，研究其對單室 MFC產(chǎn)電性能的影響。研究結(jié)果表明，相較于其他三種電極，Co-PANI-G/CC電極的氧氣還原催化性能更好。Co-PANI-G/CC陰極MFC的最大功率密度32.2 mW/m2，分別是Co-G/CC陰極MFC和Co-PANI/CC陰極MFC的1.8倍和1.7倍，比Co-CC陰極MFC提高了6.1倍。說明磺化酞菁鈷-聚苯胺-石墨烯復(fù)合修飾陰極可以顯著提高單室MFC的產(chǎn)電性能，是一種簡單

5、有效的陰極修飾方法。
　　（3）采用石墨烯和聚苯胺進(jìn)一步修飾單室MFC陽極，得到PANI-G/CC陽極MFC的最大功率密度84.2mW/m2，分別是CC陽極MFC和G/CC陽極的2.5倍和1.7倍。PANI-G/CC陽極MFC的內(nèi)阻為266Ω，分別比CC陽極MFC和G/CC陽極MFC減小了34％和21％。說明石墨烯-聚苯胺修飾陽極可減小MFC的內(nèi)阻，從而進(jìn)一步提高單室MFC的產(chǎn)電性能，且效果優(yōu)于石墨烯單一修飾。
　　（4）以

6、不同濃度的土霉素（25mg/L，50 mg/L，100 mg/L，200 mg/L）和500mg/L的葡萄糖的混合物為燃料，構(gòu)建單室MFC體系。研究了不同濃度的土霉素對單室MFC的產(chǎn)電性能及其對土霉素降解效果的影響。研究結(jié)果表明，隨著土霉素濃度的增加，MFC的產(chǎn)電性能和降解性能逐漸下降。當(dāng)土霉素濃度小于50mg/L時，運行時間為5天時，土霉素和COD的降解率均在90％以上。單室MFC對土霉素的降解過程符合一級反應(yīng)動力學(xué)，擬合系數(shù)均大于0