陰極材料對微生物燃料電池性能與微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、目前，人類社會面臨著嚴峻能源挑戰(zhàn)和環(huán)境問題。人類文明的發(fā)展離不開大量能源資源的利用，發(fā)展所產(chǎn)生的污染又對人類的生存環(huán)境造成了極為嚴重的破壞。而微生物燃料電池（MFC）技術(shù)的出現(xiàn)，為同時解決能源和環(huán)境污染提供了一種新的思路，它能將污水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可以供生產(chǎn)使用的電能，在凈化環(huán)境的同時也提供了一種綠色能源。然而，MFC技術(shù)自身依舊存在著一些瓶頸，阻礙了這項技術(shù)在工程中的應(yīng)用，如造價高、能量轉(zhuǎn)化效率低、擴大化困難等。針對MFC造價高的問題

2、，本文在傳統(tǒng)的空氣陰極理論和方法的基礎(chǔ)之上，提出了新的空氣陰極制備方式，并對幾種不同的空氣陰極進行了討論。
　　本文以“三明治”陰極結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)，提出了一種活性炭、不銹鋼網(wǎng)及建筑防水透氣膜為材料制作空氣陰極（AC-WBM陰極）的方法，為了探究這種方法的可行性，通過構(gòu)建MFC與傳統(tǒng)碳布陰極（Pt-CC）和兩種鉑碳-不銹鋼網(wǎng)-建筑防水透氣膜陰極（Pt-on-SSM和Pt-on-WBM）進行性能對比。以2 g/L乙酸鈉為底物，AC-W

3、BM陰極的最大功率密度達到了0.96 W/m2，低于Pt-CC陰極的1.30 W/m2。但是鑒于成本比較低，所以認為該制備方法有一定的研究價值。
　　在驗證了AC-WBM陰極具有一定的可行性之后，使用了碳黑（CB）-PTFE混合層、聚乙烯薄膜（PE）和熱塑聚氨酯薄膜（TPU）對建筑防水透氣膜進行替換，其中，AC-CB陰極和AC-TPU陰極的最大功率密度分別達到了2.15 W/m2和2.03 W/m2，而相同條件下的Pt-CC陰極只

4、達到了1.51 W/m2。通過對幾種陰極進行綜合比較后，以綜合評價最優(yōu)的AC-TPU陰極利用管式反應(yīng)器進行了擴大化實驗。
　　最后，為了探究不同材料陰極對 MFC體系中微生物群落的影響，通過Illumina HiSeq測序平臺進行了16SrRNA基因測序，并分析了不同MFC中陰極和陽極上生物群落的差異。陽極上的微生物組成和陰極上的微生物組成具有明顯區(qū)別。陽極上主要的門為 Proteobacteria，主要的優(yōu)勢的細菌為 Geoba