以陰、陽離子交換膜為分離膜的MFC性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial fuel cells，MFCs)利用微生物降解水中的有機(jī)物，同時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，因此在水污染控制及資源化領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。離子交換膜作為雙室微生物燃料電池重要的陰陽極分隔材料，在電池運(yùn)行過程中起著重要的作用。然而針對(duì)以離子交換膜為分隔材料的MFC不同條件下（如不同離子型膜、不同陰極條件、不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)等）的性能差異及影響因素卻沒有系統(tǒng)的研究。
　　研究了不同離子型的離子交換膜對(duì)MFC的影響

2、。以石墨氈為陰陽電極，鐵氰化鉀緩沖溶液為陰極電子受體，分別比較了以氫型陽離子交換膜(CEM-H)、鈉型陽離子交換膜(CEM-Na)、氫氧根離子型陰離子交換膜(AEM-OH)及氯型陰離子交換膜(AEM-Cl)四種離子交換膜為分離膜的MFC電化學(xué)特性。結(jié)果表明:CEM-H電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于CEM-Na，AEM-OH電導(dǎo)率高于AEM-Cl。在電池運(yùn)行初期CEM-H、AEM-OH分別展現(xiàn)了比相應(yīng)的CEM-Na、AEM-Cl更好的電化學(xué)性能包括更高的功

3、率輸出、更低的內(nèi)阻。其中CEM-H對(duì)應(yīng)的MFC最先于77小時(shí)達(dá)到最大電壓，且最大功率密度Pmax可達(dá)899mW/m2。以AMI-7001為分隔膜的MFC在鐵氰化鉀緩沖液陰極條件下會(huì)發(fā)生膜污染，增大了膜傳質(zhì)阻抗，降低了MFC的產(chǎn)電性能。
　　研究了MFC陰極運(yùn)行條件與MFC性能的關(guān)系。分別讓MFC依次在鐵氰化鉀陰極、曝氣式緩沖液陰極、曝氣式自來水陰極穩(wěn)定運(yùn)行，并分析其各自電化學(xué)特性。結(jié)果顯示:鐵氰化鉀陰極MFC電壓極化主要受陽極極化

4、控制，空氣陰極的電壓極化主要由陰極極化控制。對(duì)于緩沖液空氣陰極，曝氣速率由0.9mL/s提升至1.8mL/s，使得受污染的AEM膜傳質(zhì)阻抗由29.06Ω降低至8.77Ω。同時(shí)降低了MFC陰極過電位，減小了活化損失。以自來水空氣陰極代替緩沖液空氣陰極增大了MFC的歐姆阻抗和有限擴(kuò)散阻抗。降低了MFC的電壓輸出和功率輸出。
　　分析了膜面積、陽極距離膜間距等因素對(duì)MFC性能的影響。結(jié)果表明:MFC功率密度隨著分離膜面積的增大而增大，內(nèi)