微生物燃料電池（MFC）作為新型的水處理技術(shù),能實(shí)現(xiàn)污染物高效處理的同時(shí)進(jìn)行能量回收,并將其轉(zhuǎn)化為電能。因此,發(fā)展MFC技術(shù)對(duì)污水處理意義重大。電極作為微生物富集和電子傳遞的主要場所,是決定MFC生物電催化性能和成本的重要因素之一。因此,開發(fā)廉價(jià)易得的電極是推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。近年來,絲瓜絡(luò)、木棉、蠶繭等天然生物質(zhì)材料被先后制備成MFC電極,并獲得了較高的產(chǎn)電能力。然而,目前發(fā)現(xiàn)的天然生物質(zhì)來源的電極材料在宏觀構(gòu)型、微觀形貌、催化性能、材料來源等方面存在一定的缺陷。因此,需要開發(fā)新型、高效的天然生物質(zhì)來源的電極材料,以進(jìn)一步推動(dòng)MFC的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)以上問題,本研究基于宏觀構(gòu)型、微觀形貌、催化性能和材料來源這幾個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn),篩選得到了兩種天然生物質(zhì)材料（水綿和椴木）作為MFC電極制備原料。通過簡單的制備方法將這兩種材料制備成高性能的三維多孔碳基電極。我們對(duì)這兩種電極材料物理化學(xué)性質(zhì)、在MFC中的產(chǎn)電能力以及生物電催化性能進(jìn)行了分析,并深入研究了這兩種電極材料增強(qiáng)MFC產(chǎn)電性能機(jī)制。本文研究成果主要?dú)w納如下:（1）利用來源廣泛的生物材料水綿（Spirogyra）制備高性能MFC電極材... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙室微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖

滿足 MFC 長期運(yùn)行的需求，以及材料成本高密度大等因素限制了它的實(shí)際應(yīng)前景，因此對(duì)金屬電極材料的研究并不常見。而碳材料由于其具有良好的生物容性、導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，常被用作 MFC 電極材料[59]。1.4.1 二維碳基電極材料碳基電極材料從結(jié)構(gòu)上分為二維碳基材料和三維碳基材料。常見二維碳基料主要有碳紙、石墨片、碳布等[60]。碳紙作為普通碳電極材料，具有一定的度，缺點(diǎn)是易損壞。而石墨片具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，但光滑的表面限制了菌的著，導(dǎo)致 MFC 輸出功率較低。碳布是由數(shù)千根直徑約為 6~8 m 的碳纖維編而成（圖 1.2 (a)），在二維碳材料中相對(duì)比表面積大，可以為產(chǎn)電微生物的生提供更多的空間，質(zhì)地柔軟，常用作商業(yè)電極。綜上，這些二維電極材料比表積有限，孔隙率低，使得底物在電極上的擴(kuò)散有限，限制了 MFC 的實(shí)際應(yīng)用

的基礎(chǔ)上制備而成的電極，擁有肉眼可見的大比表面積，是最電極。當(dāng)其作為陽極使用時(shí)，主要出現(xiàn)的問題在于碳纖維分散程電極作為 MFC 陽極時(shí)，其最大功率密度為 2.4 W/m2，這在當(dāng)?shù)�，Lovley 等人[62]比較了以碳?xì)�、石墨棒、泡沫碳為陽極電碳?xì)蛛姌O（0.57 mA）和泡沫碳電極（0.74 mA）在電池中所產(chǎn)棒電極產(chǎn)生的電流（0.2 mA）。結(jié)果說明，增大電極面積有電性能，并且一定的疏松大孔結(jié)構(gòu)利于微生物在電極內(nèi)部穿梭菌的接觸面積，從而提高產(chǎn)電菌電子傳遞速率，使得 MFC 的低電極材料的面積損失。因此，三維電極相比于平面二維電極與細(xì)菌附著界面，產(chǎn)電性能更高[59]，但這些三維結(jié)構(gòu)同時(shí)也括利于細(xì)胞穿透的孔徑太少、缺乏微觀或者納米結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的于尖銳的納米材料而導(dǎo)致的細(xì)菌膜滲透性差或破壞。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3225720