發(fā)布時間：2018-03-03 04:19

  本文選題：燃料電池　切入點：光催化氧化　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial fuel cell,MFC)在廢水資源化方面具有公認(rèn)的潛力,但是具有只能利用和轉(zhuǎn)化易生物降解有機(jī)底物的局限。光催化燃料電池(Photo fuel cell,PFC)可利用底物范圍廣泛,但是產(chǎn)電能力與MFC相比很低。針對以上科學(xué)問題,論文以光催化-生物降解直接耦合理論為基礎(chǔ),提出MFC和PFC組合構(gòu)建光催化-微生物降解直接耦合的燃料電池(PMFC)。首先,制備了對對氯苯酚(4-CP)具有良好光降解能力的Ag-TiO_2可見光響應(yīng)催化劑。在水熱溫度為130℃,水熱時間為5 h的優(yōu)化條件下,Ag-TiO_2在5 h對4-CP的去除率可達(dá)到~90%。對Ag-TiO_2進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)其具有明顯的可見光吸收能力,TiO_2晶體形態(tài)以銳鈦礦為主。其次,成功構(gòu)建了光催化-生物降解直接耦合陽極。采用酒精分散法將AgTiO_2納米材料均勻負(fù)載于多孔泡沫碳上制備光電極,電鏡觀察表明泡沫碳多孔孔道被完好地保存�；陔娊庖侯悇e與濃度選擇研究,確定電解液為50 mmol/L硫酸鈉,Ag-TiO_2光電極在5 h對4-CP的降解效果可達(dá)到57%。隨后以負(fù)載Ag-TiO_2的電極啟動燃料電池,在無光照條件下培養(yǎng)陽極呼吸菌,經(jīng)7天后得到穩(wěn)定的輸出電壓,表明PMFC陽極微生物培養(yǎng)成功。系統(tǒng)探討了PMFC對4-CP的降解效率和產(chǎn)電性能,并與MFC和PFC進(jìn)行了直接對比。PMFC在4-CP的降解效率方面具有顯著優(yōu)勢,8 h對4-CP的去除率達(dá)到50%,比PFC提高~10%,比MFC提高~40%。PMFC的最大功率密度為910 mW/m2,可達(dá)到PFC和MFC之和的1.1倍。阻抗分析表明其PMFC陽極的內(nèi)阻小,這與半導(dǎo)體材料負(fù)載和較好的陽極呼吸菌活性有關(guān)。循環(huán)伏安曲線分析表明,PMFC氧化還原電流峰值為MFC的2倍左右,出峰位置在-0.217 V vs.SHE,表明細(xì)胞色素C對電子的傳遞起到了關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn),15 mg/L的4-CP能夠?qū)﹃枠O微生物的穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的抑制作用。MFC的微生物產(chǎn)電能力逐漸下降,然而,PMFC中由于Ag-TiO_2的光催化作用降低了氯酚的抑制性,產(chǎn)電能力能夠維持。多重?zé)晒馊旧�、掃描電鏡和透射電鏡分析進(jìn)一步表明PMFC陽極的微生物活性顯著高于MFC陽極,且細(xì)胞形態(tài)保持良好,而MFC陽極細(xì)胞甚至出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)溶出的情況。高通量測序表明陽極微生物的群落變化情況,Alpha多樣性分析表明PMFC陽極的多樣性明顯高于MFC。論文成功構(gòu)建光催化-生物降解直接耦合燃料電池PMFC,通過4-CP的去除率和產(chǎn)電能力分析表明PMFC能夠顯著提高4-CP降解效率和電能輸出能力,為生物抑制性或難降解有機(jī)物高效電能轉(zhuǎn)化提供了新的思路。
[Abstract]:Microbial fuel cells have recognized potential in wastewater reuse, but have the limitation of using and converting easily biodegradable organic substrates. Photocatalytic fuel cells can use a wide range of substrates. But the ability to produce electricity is very low compared with MFC. Based on the direct coupling theory of photocatalysis and biodegradation, this paper proposes the combination of MFC and PFC to construct a fuel cell with direct coupling of photocatalytic and microbial degradation. The Ag-TiO_2 visible light response catalyst with good photodegradation ability for p-chlorophenol 4-CPwas prepared. Under the optimum conditions of hydrothermal temperature 130 鈩，

本文編號：1559502