本文關(guān)鍵詞：厭氧流化床微生物燃料電池陰極催化劑的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微生物燃料電池技術(shù)(Microbial fuel cell,MFC)是利用細(xì)菌催化有機(jī)物變成二氧化碳和水同時產(chǎn)電的一種新型能源技術(shù),能夠無污染處理污水的同時回收一定的能量。厭氧流化床微生物燃料電池(Anaerobic fluidized bed microbial fuel cell,AFBMFC)是將流化床與MFC耦合,通過加強(qiáng)傳質(zhì),提高AFBMFC的產(chǎn)電特性。陰極催化劑的低活性及昂貴的價格是限制MFC產(chǎn)電性能的重要因素之一。本文以超支化大分子為模板,制備了高活性、高穩(wěn)定性、廉價的鉑納米顆粒(Platinum nanoparticles,Pt-DENs)陰極催化劑并考察了其產(chǎn)電性能,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)考察作為模板的聚酰胺-胺樹枝狀大分子(Polyamidoamine dendrimers,PAMAM)制備的最佳條件。研究表明,當(dāng)在25℃下,制備半代大分子時丙烯酸甲酯過量,制備整代大分子時乙二胺過量,且反應(yīng)過程中過量比為不小于4,反應(yīng)24 h后,可得到產(chǎn)率較高的0.5G產(chǎn)品。在此條件下制備0.5G-5.0G大分子,并用紅外和熱重分析分別表征其結(jié)構(gòu)和純度。(2)采用絡(luò)合-還原法制備Pt-DENs,在溶劑中,用K2PtCl4與自制備的5.0G PAMAM發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),經(jīng)硼氫化鈉還原后生成鉑納米簇,利用傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared,FTIR)和X射線衍射分析(X-ray diffraction,XRD)對Pt-DENs的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,利用透射電子顯微鏡(Transmission electron microscope,TEM)表征粒子的分散性和粒徑大小,考察在溶劑中反應(yīng)時間、反應(yīng)時間和反應(yīng)的物質(zhì)的量之比的影響,具體結(jié)論如下:在水溶劑中,反應(yīng)時間為48 h時,反應(yīng)溫度為75℃時,n(Pt2+)/n(PAMAM)=37.5時,反應(yīng)效果最好。在甲醇溶劑中,反應(yīng)時間為12 h時,反應(yīng)溫度為75℃時,n(Pt2+)/n(PAMAM)=37.5時,反應(yīng)效果最好。(3)將制備的Pt-DENs作為陰極催化劑,應(yīng)用于AFBMFC中,考察其污水處理和產(chǎn)電性能。a、b中Pt-DENs是在水溶劑中分別與5.0G、4.5G PAMAM制備,其制備過程中反應(yīng)時間48 h、反應(yīng)溫度75℃、n(Pt2+)/n(PAMAM)=37.5;c、d中Pt-DENs是在甲醇溶劑中分別與5.0G、4.5G PAMAM制備,其反應(yīng)時間為12 h、反應(yīng)溫度為75℃、n(Pt2+)/n(PAMAM)=37.5。將a、b、c、d四種在不同條件下制備的Pt-DENs作為陰極催化劑應(yīng)用于MFC中,通過一個周期的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)現(xiàn),a、b、c、d四種Pt-DENs陰極催化劑的最大電壓分別是836.2 mV、805.2 mV、819.4 mV和666.2 mV;開路電壓是850 mV、825 mV、830 mV、810mV;最大功率密度是74 mW·m-2、70 mW·m-2、67 mW·m-2、55 mW·m-2;COD去除率分別為89.63%、87.65%、87.1%、84.5%。由此可以得出結(jié)論,水溶劑中、5.0G PAMAM分散得到的Pt-DENs催化效果最好。(4)將產(chǎn)電效果最好的Pt-DENs陰極催化劑、Pt/C陰極與裸電極比較,通過MFC的穩(wěn)定運(yùn)行后發(fā)現(xiàn),Pt-DENs陰極MFC、Pt/C陰極MFC、裸電極MFC的最大電壓分別是902.4 mV、836.2 mV和535.5 mV;開路電壓分別是902 mV、850 mV、550 mV;最大功率密度分別是74 mW·m-2、68 mW·m-2、18 mW·m-2;COD去除率分別為89.63%、89.75%、83.62%。由此可以得出結(jié)論,Pt-DENs陰極催化劑具有比較好的催化活性,對于MFC的研究應(yīng)用有廣泛的前景。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 空氣陰極 鉑納米顆粒 產(chǎn)電性能
【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】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 1 文獻(xiàn)綜述12-28
• 1.1 課題研究背景12
• 1.2 微生物燃料電池技術(shù)簡介12-17
• 1.2.1 MFC的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 MFC的工作原理13
• 1.2.3 MFC的分類13-14
• 1.2.4 MFC產(chǎn)電性能的影響因素與制約因素14-16
• 1.2.4.1 電池產(chǎn)電性能的影響因素14
• 1.2.4.2 電池產(chǎn)電性能的制約因素14-16
• 1.2.5 MFC的發(fā)展瓶頸和技術(shù)挑戰(zhàn)16-17
• 1.3 MFC的陰極研究17-19
• 1.3.1 陰極的重要性17
• 1.3.2 陰極的發(fā)展進(jìn)程17-19
• 1.4 PAMAM簡介19-22
• 1.4.1 PAMAM的制備19-20
• 1.4.2 PAMAM的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)20
• 1.4.2.1 PAMAM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)20
• 1.4.2.2 PAMAM的性質(zhì)20
• 1.4.3 PAMAM的應(yīng)用20-21
• 1.4.4 PAMAM制備Pt-DENs21-22
• 1.5 納米材料的概述22-24
• 1.5.1 納米材料的理化性質(zhì)22-23
• 1.5.1.1 物理性質(zhì)22-23
• 1.5.1.2 化學(xué)性質(zhì)23
• 1.5.2 納米材料的制備方法23
• 1.5.3 納米材料的表征方法23-24
• 1.5.4 納米材料的應(yīng)用24
• 1.6 本文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)24-28
• 1.6.1 研究目的及意義24-25
• 1.6.2 研究內(nèi)容25
• 1.6.3 創(chuàng)新點(diǎn)25-28
• 2 試驗(yàn)材料與分析測試方法28-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器28-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工藝流程30-31
• 2.3 MFC的電極制備31-32
• 2.3.1 陽極31
• 2.3.2 陰極31-32
• 2.4 MFC的性能測試與分析方法32-34
• 2.4.1 MFC參數(shù)的測定32-33
• 2.4.2 COD的測定33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 3 PAMAM的制備36-42
• 3.1 概述36
• 3.2 PAMAM制備的最佳工藝參數(shù)36-38
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟36
• 3.2.2 結(jié)果與討論36-38
• 3.3 高代PAMAM制備結(jié)果與討論38-41
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟38
• 3.3.2 結(jié)果與討論38-41
• 3.3.2.1 紅外分析38-40
• 3.3.2.2 熱重分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 絡(luò)合-還原法制備鉑納米顆粒42-64
• 4.1 概述42
• 4.2 Pt-DENs的制備42
• 4.3 水溶劑條件下結(jié)果與討論42-53
• 4.3.1 反應(yīng)時間對Pt-DENs制備的影響42-47
• 4.3.1.1 紅外表征42-44
• 4.3.1.2 XRD表征44-45
• 4.3.1.3 TEM表征45-47
• 4.3.2 反應(yīng)溫度對Pt-DENs制備的影響47-50
• 4.3.2.1 紅外表征47-48
• 4.3.2.2 XRD表征48
• 4.3.2.3 TEM表征48-50
• 4.3.3 不同物質(zhì)的量之比對Pt-DENs制備的影響50-53
• 4.3.3.1 紅外表征50-51
• 4.3.3.2 XRD表征51-52
• 4.3.3.3 TEM表征52-53
• 4.4 甲醇溶劑條件下結(jié)果與討論53-63
• 4.4.1 反應(yīng)時間對Pt-DENs制備的影響53-56
• 4.4.1.1 紅外表征53-54
• 4.4.1.2 XRD表征54-55
• 4.4.1.3 TEM表征55-56
• 4.4.2 反應(yīng)溫度對Pt-DENs制備的影響56-60
• 4.4.2.1 紅外表征56-57
• 4.4.2.2 XRD表征57-58
• 4.4.2.3 TEM表征58-60
• 4.4.3 不同物質(zhì)的量之比對Pt-DENs制備的影響60-63
• 4.4.3.1 紅外表征60
• 4.4.3.2 XRD表征60-62
• 4.4.3.3 TEM表征62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 5 Pt-DENs陰極的制備及在MFC中的應(yīng)用64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分64-65
• 5.3 結(jié)果與討論65-72
• 5.3.1 不同Pt-DENs陰極的電化學(xué)性能比較65-69
• 5.3.1.1 不同Pt-DENs陰極在MFC中的產(chǎn)電穩(wěn)定性分析65-66
• 5.3.1.2 不同Pt-DENs陰極在MFC中的功率密度極化分析66-68
• 5.3.1.3 不同Pt-DENs陰極在MFC中對污水的處理效果分析68-69
• 5.3.2 Pt-DENs陰極與Pt/C陰極對MFC產(chǎn)電性能的影響69-72
• 5.3.2.1 產(chǎn)電穩(wěn)定性分析69
• 5.3.2.2 功率密度極化分析69-71
• 5.3.2.3 對污水的處理效果分析71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論與展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄84-88
• 附錄88-90

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：厭氧流化床微生物燃料電池陰極催化劑的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：488115