微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells,MFCs）是新能源開發(fā)與污水治理同期發(fā)展的新型技術(shù)。微生物燃料電池的主要機理是通過利用產(chǎn)電微生物氧化污水中的有機物,將存儲在有機物中的化學能不經(jīng)過其他能源形式直接轉(zhuǎn)化為電能,而且該反應生成的產(chǎn)物無污染。MFCs其實際工程化應用還受到很多限制,其中陽極材料的性能是影響MFCs整體性能的重要因素。過渡金屬碳化物擁有類鉑性質(zhì),所以它具有貴金屬的導電性以及優(yōu)異的電催化活性,在此同時又具有遠低于貴金屬的低廉的價格,此外,還具有較高的熔點、較低的電阻和較好的生物兼容性和化學穩(wěn)定性。本課題選用過渡金屬碳化物Nb C為材料,涂覆在碳布表面作為MFC的陽極。使用該電極獲得了更好的電池放電時長,提高了電池的最大輸出電壓及功率密度,解決了現(xiàn)有電極材料成本高、制作復雜及內(nèi)阻較大等問題。本論文通過使用具有優(yōu)異電化學性能的碳化鈮納米粒子（Nb C）修飾碳布制備出碳化鈮（Nb C/CC）電極。經(jīng)過材料表征發(fā)現(xiàn)所制備的碳化鈮（Nb C/CC）電極相較裸碳布（CC）電極具有更大的微生物附著面積和電化學催化活性位點。經(jīng)過電化學表征發(fā)現(xiàn),碳化鈮（Nb C/CC）電極... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

微生物燃料電池的產(chǎn)電原理示意圖[24]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-4-極室的電極液主要底物，陽極室的乙酸鹽的氧化反應過程與陰極室鐵氰化鉀的還原反應過程如下反應室所示：Anode：CH3COO+2H2O2CO2+7H++8e（1-1）Cathode：[Fe(CN)6]3+e[Fe(CN)6]4（1-2）1.3.2微生物燃料電池的體系微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)類型主要有三種，分別是單室結(jié)構(gòu)微生物燃料電池，填料式微生物燃料電池和本課題使用的雙室結(jié)構(gòu)微生物燃料電池。單室結(jié)構(gòu)的微生物燃料電池的陰極是空氣，而空氣的電子受體是氧氣，因為陽極與空氣完全可以共存于一個反應室內(nèi)所以無需單獨設(shè)置陰極室[25]。Sell最早對單室結(jié)構(gòu)微生物燃料電池進行了文獻發(fā)表，美國賓夕法尼亞大學的Liu設(shè)計的立方體空氣陰極單室微生物燃料電池是近些年來典型的研究案例[26]，在該設(shè)計中采用熱壓法制備了含鉑的質(zhì)子交換膜緊密貼合在碳布上，同時在碳布上留有大量可以通入空氣的空隙，這種單室微生物燃料電池的電極難以保持牢固性。圖1-2微生物燃料電池不同類型結(jié)構(gòu)圖[14]填料式的微生物燃料電池更像流化床反應器皿，常常使用表面積較大利于微生物生長的碳材料為陽極的填充材料。填料式微生物燃料電池的電

褂彌淼吶判刮鏤?緙?鶴樽拔⑸?鍶劑系緋兀?再處理污水發(fā)電過程中還成功回收了磷材料[47]。微生物燃料電池也可以進行土壤的修復，常用的土壤污染修復方法可以分為物理方法和化學方法,比如熱處理修復法、換土修復法、電動修復法、淋溶修復法[48]等。這些修復方法修好巨大的能源消耗成本很高，后期回收和處理都十分麻煩。微生物燃料電池可以在修復土壤污染的同時產(chǎn)電也不需要擔心二次污染的問題。尤其是在鄉(xiāng)村地區(qū)在使用微生物燃料電池技術(shù)解決農(nóng)田河流污染還可以解決偏遠地區(qū)能源運輸不便利的問題，提供新的電能解決方案。圖1-3微生物燃料電池處理農(nóng)業(yè)污水示意圖[46]1.4微生物燃料電池陽極材料的研究微生物燃料電池在研究的過程中仍然面對很多問題，比如輸出電壓不夠高，功率密度低，電子轉(zhuǎn)移效率低等問題，而陽極上生物膜與陽極表面的電子轉(zhuǎn)移速率直接影響電池的電化學性能，因此微生物燃料電池多項產(chǎn)電性能度主要依賴于陽極材料的性能。陽極材料不僅應該是良好的導體，還應該有良好的生物兼容性和化學穩(wěn)定性，還有有盡可能大的比表面積便于微生物的附著。傳統(tǒng)碳基陽極材料：基材料很早就被應用于微生物燃料電池的陽極，主要的碳材料有碳紙、碳布、碳氈等。周玲[19]等使用三種常見碳材料應用于微生物

【參考文獻】：
期刊論文
[1]微生物燃料電池基本組成部件的研究進展[J]. 翟力學,陳祥,張彤.  應用能源技術(shù). 2019(01)
[2]微生物燃料電池陽極碳材料對產(chǎn)電性能的影響[J]. 周玲,李萍,顏幼平.  安徽農(nóng)業(yè)大學學報. 2011(04)



本文編號：3528412