發(fā)布時間：2017-06-27 22:14

  本文關(guān)鍵詞：微生物燃料電池用分離膜及電極材料研究，，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)是一類利用微生物降解有機(jī)物同時產(chǎn)電的技術(shù),在水處理方面具有良好的應(yīng)用前景。但目前MFC的產(chǎn)電功率僅為10-2～101W/m2,應(yīng)用受到很大限制。分離膜及電極材料是MFC的重要組成部分,對MFC的產(chǎn)電特性影響很大,因此本論文制備了兩類離子交換膜材料及一類β-MnO2改性石墨氈電極材料,探討了它們在MFC中的應(yīng)用表現(xiàn)。首先,制備了一系列不同離子交換容量(IEC)的側(cè)鏈型磺化聚芳醚(sSPFAE)陽離子交換膜,研究了該系列膜在雙室MFC中產(chǎn)電性能并與商用陽離子交換膜(CEM)進(jìn)行了對比。sSPFAE膜的IEC為0.97-1.56 mmol/g,在30℃時吸水率為20.9～41.7%,電導(dǎo)率達(dá)到27.3-60.5 mS/cm,厚度約為80μm,高于商用膜(22mS/cm,420 μm) 。制備的膜也具有良好的尺寸穩(wěn)定性(2%)。對采用sSPFAE膜的MFC,根據(jù)峰功率密度法及極化曲線斜率法得到的MFC內(nèi)阻約為29～64 Ω,隨著IEC的升高而降低,庫倫效率達(dá)到47.7～55%,其中sSPFAE-1.56膜的最大功率密度達(dá)到657.3mW/m2,且sSPFAE膜均表現(xiàn)出優(yōu)于商用膜的產(chǎn)電性能。利用模擬等效電路對整個MFC系統(tǒng)進(jìn)行EIS分析,結(jié)果表明陽極電荷轉(zhuǎn)移阻抗占這類MFC系統(tǒng)總內(nèi)阻的76-88%。結(jié)合循環(huán)伏安曲線、電化學(xué)阻抗譜測試及電極電勢分析結(jié)果,表明分離膜對兩極室間物質(zhì)傳遞及陽極電荷轉(zhuǎn)移阻抗有較大的影響。其次,制備了一系列不同IEC的無規(guī)型季銨化聚芳醚砜(rQPAES-OH)陰離子交換膜,研究了該系列膜在雙室MFC中產(chǎn)電性能并與商用陰離子交換膜(AEM)進(jìn)行了對比。rQPAES-OH膜的IEC為1.01～1.64 mmol/g,在30℃時吸水率為33-58%,電導(dǎo)率達(dá)到14～22 mS/cm,高于商用膜(21%,6.6mS/cm) 。對采用rQPAES-OH膜的MFC,根據(jù)峰功率密度法及極化曲線斜率法得到的MFC內(nèi)阻約為62～150Ω,隨著IEC的升高而降低,其中rQPAES-OH-1.64膜的最大功率密度達(dá)到506.6mW/m2,且rQPAES-OH膜均表現(xiàn)出優(yōu)于商用膜的產(chǎn)電性能。最后,通過氧化還原法及超聲浸漬法制備了一系列不同負(fù)載量(5～12.7 mg/cm2)的β-MnO2修飾石墨氈電極(CF-βMnO2),利用XRD、CV、SEM及EIS對電極進(jìn)行了表征,并研究了該系列CF-pMnO2電極作為陰極材料在以空氣(O2)作為電子受體的雙室MFC中的性能。結(jié)果表明：CF-pMnO2電極與空白石墨氈電極相比電化學(xué)活性增強(qiáng),其中采用CF-βMnO2-12.7的MFC系統(tǒng)最大輸出功率密度達(dá)到115.9mW/m2,內(nèi)阻為82Ω。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 陽離子交換膜 陰離子交換膜 石墨氈電極 β-二氧化錳
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893;TM911.45
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 微生物燃料電池簡介11-12
• 1.2 微生物燃料電池分離膜的影響因素12-15
• 1.2.1 膜本身的阻抗12
• 1.2.2 氧氣擴(kuò)散12-13
• 1.2.3 基質(zhì)擴(kuò)散13
• 1.2.4 膜污染13-14
• 1.2.5 陰陽極室的pH梯度14-15
• 1.3 常用離子交換膜15-19
• 1.3.1 陽離子交換膜15-17
• 1.3.2 陰離子交換膜17-19
• 1.4 陰極催化劑19-20
• 1.5 論文研究的主要內(nèi)容,目的及意義20-22
• 2 實驗材料和實驗方法22-28
• 2.1 實驗藥品和儀器設(shè)備22-24
• 2.1.1 實驗藥品22-23
• 2.1.2 儀器設(shè)備23-24
• 2.1.3 實驗藥品和試劑的純化24
• 2.2 性能測試24-28
• 2.2.1 X射線衍射分析24
• 2.2.2 離子交換容量24-25
• 2.2.3 吸水率和尺寸變化25
• 2.2.4 質(zhì)子電導(dǎo)率25-26
• 2.2.5 機(jī)械強(qiáng)度26
• 2.2.6 電化學(xué)測試26
• 2.2.7 極化曲線測試26
• 2.2.8 庫倫效率測試26-27
• 2.2.9 掃描電鏡測試27-28
• 3 側(cè)鏈型磺化聚芳醚陽離子交換膜在微生物燃料電池中的應(yīng)用28-39
• 3.1 前言28
• 3.2 實驗部分28-30
• 3.2.1 含氟聚芳醚聚合物的合成28-29
• 3.2.2 側(cè)鏈型磺化聚芳醚的合成29
• 3.2.3 側(cè)鏈型磺化聚芳醚陽離子交換膜的制備29-30
• 3.2.4 雙室MFC的構(gòu)建30
• 3.3 結(jié)果與討論30-37
• 3.3.1 sSPFAE膜的基本性能30-31
• 3.3.2 MFC的啟動31-32
• 3.3.3 sSPFAE膜在MFC中的產(chǎn)電性能32-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 4 無規(guī)季銨化聚芳醚砜陰離子交換膜在微生物燃料電池中的應(yīng)用39-48
• 4.1 前言39
• 4.2 實驗部分39-41
• 4.2.1 聚合物的合成39-40
• 4.2.2 聚合物的氯甲基化40
• 4.2.3 陰離子交換膜的制備40
• 4.2.4 陰離子交換膜的季銨化及堿化40
• 4.2.5 雙室MFC40-41
• 4.3 結(jié)果與討論41-47
• 4.3.1 rQPAES-OH膜的基本性能41-42
• 4.3.2 MFC的啟動過程42-43
• 4.3.3 MFC的產(chǎn)電性能43-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 5 微生物燃料電池用石墨氈電極的改性48-56
• 5.1 前言48-49
• 5.2 實驗部分49
• 5.2.1 β晶型二氧化錳和陰極電極的制備49
• 5.2.2 雙室MFC的搭建49
• 5.3 結(jié)果與討論49-55
• 5.3.1 MnO_2納米顆粒表征49-51
• 5.3.2 不同二氧化錳負(fù)載量電極的電化學(xué)表征51-53
• 5.3.3 MFC的產(chǎn)電性能53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 6 結(jié)論與展望56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 附錄65

【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 代瑩;銀/鐵—碳基復(fù)合體作為微生物燃料電池陰極的性能研究[D];黑龍江大學(xué);2016年

6 龔小波;微生物燃料電池高效電極與界面設(shè)計強(qiáng)化產(chǎn)電特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 孫哲;光催化型微生物燃料電池產(chǎn)電特性及對污染物去除研究[D];東華大學(xué);2016年

8 程建萍;微生物燃料電池陰極的功能拓展及機(jī)理分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

9 孫彩玉;基于BES污水處理—產(chǎn)能研究及微生物群落結(jié)構(gòu)解析[D];東北林業(yè)大學(xué);2016年

10 杜月;生物陰極微生物燃料電池特性及其與光催化耦合模式的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015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：491450