本文關(guān)鍵詞：單室微生物燃料電池的電極優(yōu)化及應(yīng)用研究　出處：《長安大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種利用產(chǎn)電微生物的催化作用將有機物中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。該技術(shù)可以作為一種新型的廢水處理方式,在處理廢水的同時產(chǎn)電。目前,關(guān)于微生物燃料電池的研究還不成熟,微生物燃料電池技術(shù)的發(fā)展仍然有許多問題亟待解決。其中,阻礙該技術(shù)商業(yè)化和實際應(yīng)用擴大化的兩大問題是產(chǎn)電性能差和成本高,而電極材料則是決定MFC產(chǎn)電性能和成本的關(guān)鍵因素。如何通過對陰陽極材料修飾優(yōu)化來提高MFC的整體產(chǎn)電性能顯得尤為重要。本文以單室微生物燃料電池為基礎(chǔ),以石墨烯和聚苯胺為修飾材料,分別對MFC的陰陽極進行修飾優(yōu)化,探討了陰陽極的修飾優(yōu)化對MFC產(chǎn)電性能的影響。在電極優(yōu)化的基礎(chǔ)上,對單室MFC降解土霉素進行了初探。本論文的研究結(jié)果概括如下:(1)采用浸漬法制備了石墨烯/碳布電極(G/CC)、聚苯胺/碳布電極(PANI/CC)和聚苯胺-石墨烯/碳布電極(PANI-G/CC),并對其進行了線性掃描伏安法(LSV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試。測試結(jié)果表明,碳布電極經(jīng)石墨烯-聚苯胺修飾后,氧氣還原催化活性增大,活化內(nèi)阻顯著降低。將CC、G/CC、PANI-G/CC電極分別裝配到自制的單室MFC陰極中運行,得到PANI-G/CC陰極MFC的最大功率密度8.48 mW/m2,分別是CC陰極MFC和G/CC陰極的3.2倍和1.7倍。說明石墨烯-聚苯胺修飾陰極可提高單室MFC的產(chǎn)電性能,且效果優(yōu)于石墨烯單一修飾。(2)用磺化酞菁鈷(CoPcSO4)催化劑修飾四種不同電極,研究其對單室MFC產(chǎn)電性能的影響。研究結(jié)果表明,相較于其他三種電極,Co-PANI-G/CC電極的氧氣還原催化性能更好。Co-PANI-G/CC陰極MFC的最大功率密度32.2 mW/m2,分別是Co-G/CC陰極MFC和Co-PANI/CC陰極MFC的1.8倍和1.7倍,比Co-CC陰極MFC提高了6.1倍。說明磺化酞菁鈷-聚苯胺-石墨烯復(fù)合修飾陰極可以顯著提高單室MFC的產(chǎn)電性能,是一種簡單有效的陰極修飾方法。(3)采用石墨烯和聚苯胺進一步修飾單室MFC陽極,得到PANI-G/CC陽極MFC的最大功率密度84.2mW/m2,分別是CC陽極MFC和G/CC陽極的2.5倍和1.7倍。PANI-G/CC陽極MFC的內(nèi)阻為266Ω,分別比CC陽極MFC和G/CC陽極MFC減小了34%和21%。說明石墨烯-聚苯胺修飾陽極可減小MFC的內(nèi)阻,從而進一步提高單室MFC的產(chǎn)電性能,且效果優(yōu)于石墨烯單一修飾。(4)以不同濃度的土霉素(25mg/L,50 mg/L,100 mg/L,200 mg/L)和500mg/L的葡萄糖的混合物為燃料,構(gòu)建單室MFC體系。研究了不同濃度的土霉素對單室MFC的產(chǎn)電性能及其對土霉素降解效果的影響。研究結(jié)果表明,隨著土霉素濃度的增加,MFC的產(chǎn)電性能和降解性能逐漸下降。當(dāng)土霉素濃度小于50mg/L時,運行時間為5天時,土霉素和COD的降解率均在90%以上。單室MFC對土霉素的降解過程符合一級反應(yīng)動力學(xué),擬合系數(shù)均大于0.95。利用單室MFC處理土霉素廢水并產(chǎn)生電能的技術(shù)是可行的,這為土霉素廢水的處理提供了新的思路。
[Abstract]:Microbial Fuel Cell. MFC) is a kind of device which can convert the chemical energy contained in organic matter into electric energy by the catalytic action of electrogen-producing microorganism. This technology can be used as a new type of wastewater treatment method. At present, the research on microbial fuel cell is not mature, and there are still many problems to be solved in the development of microbial fuel cell technology. The two major problems that hinder the commercialization of the technology and the expansion of practical application are poor power production and high cost. The electrode material is the key factor to determine the electrical performance and cost of MFC. It is particularly important to improve the overall electrical performance of MFC by modifying the anode and cathode materials. In this paper, the single chamber microbial fuel electricity is used to improve the overall electrical performance of MFC. Pool based. In this paper, graphene and Polyaniline were used as modifiers to optimize the cathode and cathode of MFC, and the effect of modification optimization on the electrical properties of MFC was discussed. The results of this paper are summarized as follows: (1) the graphene / carbon cloth electrode was prepared by impregnation method. Polyaniline / carbon cloth electrode and Polyaniline-graphene / carbon cloth electrode (PANI- / G- / CCS) and Polyaniline-graphene / carbon cloth electrode respectively. The results of linear scanning voltammetry (LSVV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the carbon cloth electrode modified by graphene Polyaniline increased the catalytic activity of oxygen reduction. The activated internal resistance was significantly reduced. The CCG / CCN PANI-G / CC electrode was assembled into a self-made single cell MFC cathode respectively. The maximum power density of PANI-G/CC cathode MFC is 8.48 mW/m2. The results show that graphene-Polyaniline modified cathode can improve the electrical properties of single-cell MFC by 3. 2 times and 1. 7 times of CC cathode MFC and G / CC cathode respectively. And the effect is better than that of graphene single modification. 2) modified with sulfonated cobalt phthalocyanine CoPcSO4) catalyst. The effect of the modified electrode on the electrical properties of single chamber MFC is studied. The results show that. Compared to the other three electrodes. The oxygen reduction catalytic performance of Co-PANI-G/CC electrode is better. The maximum power density of MFC is 32.2 mW/m2. Compared with Co-G/CC cathode MFC and Co-PANI/CC cathode MFC, it is 1.8 times and 1.7 times of Co-PANI/CC cathode MFC, respectively. Compared with Co-CC cathode MFC, it is 6.1 times higher than that of Co-CC cathode. It shows that sulfonated cobalt phthalocyanine, Polyaniline-graphene composite modified cathode can significantly improve the electrical properties of single-cell MFC. It is a simple and effective method for cathodic modification. 3) graphene and Polyaniline are used to further modify single-chamber MFC anode. The maximum power density of PANI-G/CC anode MFC is 84.2 MW / m2. Compared with CC anode MFC and G / CC anode, the internal resistance of PANI-G / CC anode MFC is 266惟. Compared with CC anode MFC and G / CC anode MFC, the results showed that the internal resistance of MFC was reduced by 34% and 21, respectively, which indicated that the graphene Polyaniline modified anode could reduce the internal resistance of MFC. Thus, the electrical properties of single-chamber MFC were further improved, and the effect was better than that of graphene single modification. 4) with different concentrations of oxytetracycline 25 mg / L ~ (50 mg / L ~ (-1)). A mixture of 200 mg / L and 500 mg / L of glucose is fuel. The effects of different concentrations of oxytetracycline on the electrical properties of MFC and the degradation of oxytetracycline were studied. The results showed that the concentration of oxytetracycline increased with the increase of the concentration of oxytetracycline. When the concentration of oxytetracycline was less than 50 mg / L, the operating time was 5 days. The degradation rates of oxytetracycline and COD were above 90%. The degradation of oxytetracycline by single compartment MFC was in accordance with the first-order reaction kinetics. The fitting coefficients are all greater than 0.95.The technology of using single-chamber MFC to treat oxytetracycline wastewater and generate electric energy is feasible, which provides a new idea for the treatment of oxytetracycline wastewater.
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.45

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4 印霞h，

本文編號：1414801