本文關(guān)鍵詞：微生物燃料電池陽極制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用微生物作為催化劑將廢水中可利用的有機(jī)物或無機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為電能,是一種將產(chǎn)電和污水凈化合為一體的新型污水處理技術(shù)。通常情況下,MFC由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成。目前MFC面臨的首要挑戰(zhàn)是確保所用材料可得到最大的電能和功率輸出。陽極材料直接影響細(xì)菌附著量、底物氧化程度和電子轉(zhuǎn)移速度。因此選擇具有潛力的陽極材料,進(jìn)行表面修飾,進(jìn)而解析陽極材質(zhì)的表面特性對微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響,必將進(jìn)一步推動微生物燃料電池的應(yīng)用。本文從陽極材料改性出發(fā),對石墨棒陽極進(jìn)行修飾,制備了聚吡咯(PPy)膜陽極、聚吡咯/碳納米管(PPy/CNT)及聚苯胺/碳納米管(PANI/CNT)復(fù)合陽極,并將其分別應(yīng)用到厭氧流化床微生物燃料電池(AFBMFC)中,測試電池的產(chǎn)電性能及污水處理能力。主要研究結(jié)論如下:(1)用三種不同的電化學(xué)方法(恒電流法、恒電壓法和循環(huán)伏安法)制備聚吡咯膜電極并應(yīng)用到AFBMFC中。結(jié)果表明循環(huán)伏安法制備的修飾陽極AFBMFC產(chǎn)電性能最好,最大功率密度和開路電壓分別為102.8 mW·m-2和771.2 mV,與恒電流法和恒電壓法相比,最大功率密度分別提高了59.37%和10.18%,開路電壓分別提高了40.24%和20.50%。利用循環(huán)伏安法制備聚吡咯膜,最佳制備條件為:選用H2SO4為質(zhì)子酸,質(zhì)子酸濃度為1.0 mol·L-1,吡咯單體濃度為0.2 mol·L-1,聚合圈數(shù)為24圈。(2)在聚吡咯中摻雜一定量的碳納米管可有效的提高陽極的導(dǎo)電性,當(dāng)摻雜量為5%時,復(fù)合電極的導(dǎo)電性最好,未修飾電極、PPy膜陽極和PPy/CNT復(fù)合陽極分別應(yīng)用到AFBMFC中測試電池的產(chǎn)電性能及污水處理能力。未修飾電極、PPy膜電極、PPy/CNT膜陽極的MFC開路電壓分別為589.3 mV、751.6 mV和793.3 mV,將極化曲線二次擬合后得到三條曲線的表觀內(nèi)阻分別為1968.96Ω、1457.71Ω和1002.76Ω,最大功率密度分別為37.86 mW·m-2、93.51 mW·m-2和150.54 mW·m-2。(3)采用電化學(xué)方法制備PPy/CNT、PANI/CNT復(fù)合陽極,將未修飾電極、PANI/CNT、PPy/CNT復(fù)合陽極分別應(yīng)用到AFBMFC中,電池開路電壓分別為556.93 mV、824.80 mV和827.39 mV,表觀內(nèi)阻依次為1790.09Ω、1038.05Ω和869.09Ω,最大功率密度依次達(dá)到37.76 mW·m-2、177.66 mW·m-2和201.51mW·m-2。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 聚吡咯/碳納米管 厭氧流化床 功率密度 污水處理
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 前言11-27
• 1.1 能源及水資源現(xiàn)狀11-14
• 1.2 微生物燃料電池工作原理14-15
• 1.3 MFC產(chǎn)電性能的影響因素15-18
• 1.3.1 溫度15
• 1.3.2 pH值15-16
• 1.3.3 底物16
• 1.3.4 電池內(nèi)阻16-17
• 1.3.5 陰極17
• 1.3.6 陽極及陽極修飾17-18
• 1.4 碳納米管18-21
• 1.4.1 碳納米管的分類18-19
• 1.4.2 碳納米管的制備方法19-20
• 1.4.3 應(yīng)用前景20-21
• 1.5 聚吡咯21-24
• 1.5.1 聚吡咯簡介21
• 1.5.2 聚吡咯的制備方法21-22
• 1.5.3 聚吡咯的應(yīng)用22-24
• 1.6 課題研究的目的和意義24-25
• 1.7 本文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)25-27
• 1.7.1 本文研究的主要內(nèi)容25
• 1.7.2 本文研究的創(chuàng)新點(diǎn)25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與分析測試方法27-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置28-29
• 2.3 AFBMFC電極的制備與接種運(yùn)行29-31
• 2.3.1 陰極的制備29-30
• 2.3.2 微生物接種與運(yùn)行30-31
• 2.3.3 陽極的制備31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)測試項(xiàng)目及分析計算方法31-37
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)測試項(xiàng)目31-33
• 2.4.2 分析計算方法33-37
• 2.5 小結(jié)37-39
• 第三章 PPy膜陽極最佳制備條件39-49
• 3.1 概述39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備儀器40
• 3.2.2 陽極制備40-41
• 3.2.3 電化學(xué)性能及產(chǎn)電性能測試41
• 3.3 結(jié)果與討論41-48
• 3.3.1 不同電化學(xué)方法制備PPy膜陽極性能的影響41-43
• 3.3.2 聚合圈數(shù)43-45
• 3.3.3 吡咯濃度對PPy膜陽極性能的影響45
• 3.3.4 質(zhì)子酸種類對PPy膜陽極性能的影響45-46
• 3.3.5 硫酸濃度對PPy膜陽極性能的影響46-48
• 3.4 小結(jié)48-49
• 第四章 PPy/CNT復(fù)合陽極制備條件對MFC產(chǎn)電性能的影響49-59
• 4.1 概述49-50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置50
• 4.2.2 陽極制備50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-57
• 4.3.1 不同CNT含量修飾復(fù)合陽極的特性研究51-52
• 4.3.2 SEM結(jié)果分析52-54
• 4.3.3 XRD結(jié)果分析54
• 4.3.4 電化學(xué)性能分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 PPy/CNT與PANI/CNT復(fù)合陽極制備及在厭氧流化床微生物燃料電池的性能研究59-69
• 5.1 概述59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分59-61
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置59
• 5.2.2 陽極制備59-61
• 5.3 結(jié)果與討論61-68
• 5.3.1 FI-IR分析61-62
• 5.3.2 SEM分析62-63
• 5.3.3 聚合曲線分析63-64
• 5.3.4 交流阻抗圖分析64-65
• 5.3.5 MFC的產(chǎn)電性能65-67
• 5.3.6 MFC的運(yùn)行電壓及污水處理效果分析67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81-82

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 連靜;馮雅麗;李浩然;劉志丹;周良;;直接微生物燃料電池的構(gòu)建及初步研究[J];過程工程學(xué)報;2006年03期

2 關(guān)毅;張鑫;;微生物燃料電池[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年01期

3 洪義國;郭俊;孫國萍;;產(chǎn)電微生物及微生物燃料電池最新研究進(jìn)展[J];微生物學(xué)報;2007年01期

4 丁平;邵海波;劉光洲;段東霞;麻挺;陳嗣俊;王建明;張鑒清;;應(yīng)用需鹽脫硫弧菌的微生物燃料電池發(fā)電研究(英文)[J];電化學(xué);2007年02期

5 園丁;;微生物燃料電池:既處理污水又發(fā)電[J];污染防治技術(shù);2007年03期

6 劉登;劉均洪;劉海洲;;微生物燃料電池的研究進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù);2007年05期

7 張廣柱;劉均洪;;微生物燃料電池研究和應(yīng)用方面的最新進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù);2008年04期

8 孫健;胡勇有;;廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進(jìn)展[J];工業(yè)用水與廢水;2008年01期

9 王萬成;陶冠紅;;微生物燃料電池運(yùn)行條件的優(yōu)化[J];環(huán)境化學(xué);2008年04期

10 ;微生物燃料電池或成汽車節(jié)能環(huán)保解決方案[J];材料導(dǎo)報;2008年07期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧忠澤;吳文果;;微生物燃料電池的研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第05分會場摘要集[C];2010年

2 趙峰;;來自廢水的能量-微生物燃料電池[A];2010年海峽兩岸環(huán)境與能源研討會摘要集[C];2010年

3 李正龍;劉紅;孔令才;韓梅;;可利用空間基地有機(jī)廢物的微生物燃料電池預(yù)研[A];中國空間科學(xué)學(xué)會第16屆空間生命學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2005年

4 孫健;;廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進(jìn)展[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（一）[C];2007年

5 趙峰;;微生物燃料電池的電子傳遞及電極反應(yīng)研究[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

6 付玉彬;;海底微生物燃料電池研究和應(yīng)用[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

7 孔曉英;李連華;李穎;楊改秀;孫永明;;葡萄糖濃度對微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

8 袁勇;莊莉;周順桂;;盤管式微生物燃料電池的構(gòu)建及其應(yīng)用[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

9 喻玉立;袁用波;胡忠;;產(chǎn)電菌的選育及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

10 陳禧;王煒;彭香琴;劉宇波;幸毅明;;微生物燃料電池結(jié)構(gòu)與材料研究進(jìn)展[A];2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第八卷）[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;微生物燃料電池處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國環(huán)境報;2005年

2 記者 符王潤 通訊員 曾曉舵 李潔尉 劉靜;微生物燃料電池有很大挖掘空間[N];廣東科技報;2010年

3 蕭瀟;微生物燃料電池：處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國煤炭報;2005年

4 記者　毛黎;微生物燃料電池技術(shù)又推進(jìn)一步[N];科技日報;2006年

5 紀(jì)振宇;微生物燃料電池為汽車節(jié)能環(huán)保提供解決方案[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2008年

6 本報記者 趙亞平;蝦兵蟹將派上新用場[N];科技日報;2007年

7 張芮;希臘從芝士副產(chǎn)品中回收能源[N];中國石化報;2010年

8 常麗君;高空“超級細(xì)菌”可成發(fā)電新能源[N];科技日報;2012年

9 編譯 楊孝文;微生物機(jī)器人吃蒼蠅發(fā)電[N];北京科技報;2006年

10 記者 陳勇;美科學(xué)家開發(fā)出微生物燃料電池[N];新華每日電訊;2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃杰勛;產(chǎn)電微生物菌種的篩選及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 陶琴琴;微生物燃料電池同步脫氮除磷及產(chǎn)電性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 徐磊;微生物燃料電池PB/rGO陰極材料及導(dǎo)電膜自清潔性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

4 臧國龍;基于微生物燃料電池的復(fù)雜廢棄物處置及光電催化制氫[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 許鳳玲;海洋生物膜的電活性及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2009年

6 張葉臻;新型石墨紙和石墨烯在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2013年

7 劉宜勝;基于三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和微生物燃料電池的微小型電源研究[D];浙江大學(xué);2008年

8 曹效鑫;微生物燃料電池中產(chǎn)電菌與電極的作用機(jī)制及其應(yīng)用[D];清華大學(xué);2009年

9 孫敏;微生物燃料電池的功能拓展和機(jī)理解析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 莫光權(quán);功能化碳納米管材料在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張鑫;復(fù)合微生物燃料電池的研究[D];天津大學(xué);2007年

2 周秀秀;微生物燃料電池陰極催化劑雙核酞菁鈷的結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化[D];華南理工大學(xué);2015年

3 黃麗巧;基于微生物燃料電池技術(shù)的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 印霞h，

本文編號：425552