污泥中含有大量有機質以及較高的含碳值,且自身具備N、P、Fe等元素,碳化后能形成雜原子自摻雜的污泥碳材料。將其作為燃料電池陰極氧還原反應（oxygen reduction reaction,ORR）的催化劑,不僅能實現污泥的資源化,還能降低燃料電池使用貴金屬催化劑時的成本。考慮到污泥成分因廢水水質、處理工藝等方面的因素千差萬別,如何利用微生物來調控污泥組成,使其更適應于功能碳材料的制備是本領域的關鍵問題。本文首先以城市污水處理廠二沉池污泥為前驅體,在碳化前通過連續(xù)添加苯酚來對污泥進行馴化,熱解后得到自模板、自活化,及N、P、Fe自摻雜的多孔類石墨烯碳材料。探討了生物馴化對碳材料結構、表面形貌、元素組成以及氧還原催化性能的影響。結果表明,污泥經苯酚馴化后,微生物得到富集,含碳量顯著提高,N、P、Fe等元素大大增加。其中,800℃煅燒得到的馴化污泥碳（PSC-800）,其比表面積為402.4 m² g^-1,遠高于未馴化污泥碳（SC-800）的262.4 m² g^-1。光電子能譜數據表明,PSC-800具... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

三種型態(tài)的N摻雜碳結構

圖 3-1 苯酚馴化污泥碳的制備圖Figure 3-1 Schematic diagram showing the preparation of phenol-acclimated sludge carbon. 電化學測試電極的制備稱取 8 mg 污泥碳分散到 1ml 乙醇水溶液（v:v=1:4）中超聲 15 min，加入 60 μLNafi混合液振蕩 2 min 并繼續(xù)超聲 15 min。用微量進樣器取 5μL 催化劑墨液滴到 RD表面，并在室溫下自然干燥，該 RDE 使用前，依次用不同粒徑（1 μm、0.3 μmμm）的 α-Al2O3粉末打磨，用去離子水清洗后，用乙醇和去離子水超聲各 15 mi劑負載量為 566.1 μg cm-2。商用 20% Pt/C 催化劑采用同樣的方法分散，其在 RD上的負載量為 20 μg cm-2. 電化學測試采用 CHI 660E 電化學工作站對材料進行電化學測試。將鉑電極作為輔助電極，化劑的旋轉圓盤電極為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，以此構建

華南理工大學專業(yè)學位碩士學位論文2 污泥形貌結構及組成分析污泥的表面形貌見圖 3-2，從圖 3-2a 和 3-2b 可以看出，未馴化的污泥表面鮮少物，大部分為無機顆粒物。經一段時間馴化后，污泥表面可見 1 μm 左右棒狀，形成緊密附和無機顆粒物的微生物群體。說明污泥在降解苯酚的同時，微生增長，富集后的微生物使污泥變得更加疏松。從表 1 的元素分析來看，剩余污后，N、Fe、P 的含量大幅度增加。由于 N 是微生物蛋白質組成的必需元素[108了細胞壁的合成[109]，Fe 在微生物酶中起著重要作用[110,111]，且在馴化過程中的生長及污泥絮體對有機物和重金屬有吸附作用，因此，在馴化成熟的污泥中在含量較高的 N、P、Fe。

【參考文獻】：
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