電氣石-膨潤土修飾陰極微生物燃料電池效能研究.pdf

1、目前環(huán)境問題和能源問題嚴重影響著經(jīng)濟的發(fā)展和人類的生活。環(huán)境問題日益嚴重，能源短缺也已成為不可改變的事實。而微生物燃料電池(Microbialfuelcell，MFC)作為一種新型的能量轉換裝置，它既可以降解有機物，同時還可以產(chǎn)生電能，在近些年得到了眾多研究者的重視。微生物燃料電池利用的燃料廣泛、反應條件溫和、能量轉換效率高，而且在反應過程中無需其它能量輸入。但是它還存在很多缺點，如產(chǎn)電效率低、輸出功率低等。影響微生物燃料電池穩(wěn)定運行的

2、因素有很多，如接種的微生物、陽極的底物、陰極的催化性能、質子交換膜等。其中陰極的催化性是影響其效率的主要因素之一，目前陰極使用的催化劑主要是Pt等貴金屬，由于其本身比較昂貴，而且長期使用后會在表面發(fā)生鈍化而影響催化性能。最近研究結果表明陰極以微生物作為催化劑，能夠催化陰極的反應（一般為還原氧氣）。生物陰極不僅具有高的催化性能，而且微生物在充足的營養(yǎng)條件下能夠不斷的繁殖，能夠保證陰極催化性的連續(xù)，此外，微生物在滿足自身繁殖的同時還能夠降解

3、污染物。因此，尋找一種高電導率、高生物適應性以及能夠加強生物催化性能的陰極材料成為了微生物燃料電池研究的熱點。本文針對生物陰極的電極材料做了如下研究。
　　(1)本文的2、3章中以電氣石和聚苯胺為材料，利用電化學方法來修飾石墨電極。利用掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、循環(huán)伏安法(CV)和交流阻抗(EIS)對制備電極的微觀結構和電化學性能進行表征。然后以石墨電極、聚苯胺修飾的石墨電極和聚苯胺、電氣石共同修飾的石墨電極作對照實驗，

4、分別為雙室MFC反應器1、2和3的生物陰極材料。當反應器外電路電阻控制在800Ω時，反應器1、2和3的最大輸出電壓穩(wěn)定在0.20士0.005V，0.26土0.005V和0.37士0.005V，同時反應器1、2和3的最大功率密度分別為54mW/m2、138mW/m2和266mW/m2。而循環(huán)伏安曲線(CV)的結果也表明聚苯胺、電氣石修飾的電極材料催化性能優(yōu)于另外兩種電極材料。
　　(2)本文的4、5章中以膨潤土為修飾碳布電極的材料，

5、PTFE為粘結劑將膨潤土粘附于碳布上，然后以掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、線性掃描伏安曲線(LSV)和循環(huán)伏安曲線(CV)表征電極的微觀結構以及電化學性能。然后以制備的電極作為空氣陰極MFC陰極的電極材料。其中碳布電極、膨潤土單側修飾的碳布和膨潤土雙側修飾的碳布為空氣陰極MFC反應器1、2和3的生物陰極材料，以考察經(jīng)過膨潤土修飾的電極對空氣陰極MFC的影響。電池的電壓、極化曲線、功率密度等電化學參數(shù)的結果表明反應器2的性能最佳，其