微生物電化學(xué)系統(tǒng)（Bioelectrochemical system,BES）以電化學(xué)活性細(xì)菌作為催化劑,能夠?qū)U水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行回收利用,在多個(gè)領(lǐng)域均有潛在的應(yīng)用。生物陽極是影響B(tài)ES性能的關(guān)鍵因素之一。本論文從制備高性能生物陽極材料出發(fā),提升BES的性能,并在微尺度上探討生物陽極/細(xì)菌界面上細(xì)菌的附著行為,為BES陽極的開發(fā)與理解電極/微生物界面上的相互作用規(guī)律提供新的思路。首先,針對傳統(tǒng)碳基陽極材料生物電化學(xué)性能差、機(jī)械強(qiáng)度低、成本高等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn),利用廉價(jià)的碳黑作為原料,使用電聚合法將碳黑中的碳納米顆粒通過吡咯單體的聚合過程修飾在不銹鋼絲網(wǎng)的表面,得到表面均勻的碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極（CN/PPY/SS）。材料表征結(jié)果顯示,經(jīng)過表面修飾的電極結(jié)合了碳納米顆粒、不銹鋼絲網(wǎng)以及聚吡咯的優(yōu)點(diǎn),擁有良好的生物相容性、導(dǎo)電性以及較大的比表面積,可有效促進(jìn)細(xì)菌的粘附以及界面電子傳遞過程。在三電極體系和微生物燃料電池（Microbial fuel cell,MFC）兩個(gè)體系中,CN/PPY/SS電極都展現(xiàn)出了良好的電能輸出性能以及穩(wěn)定性。相比未經(jīng)碳納米顆粒修飾的電極,最大電... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 微生物電化學(xué)系統(tǒng)簡介
        1.2.1 微生物電化學(xué)系統(tǒng)的分類及原理
        1.2.2 產(chǎn)電微生物在電極界面的電子傳遞機(jī)理
        1.2.3 微生物電化學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用
    1.3 微生物電化學(xué)系統(tǒng)生物陽極材料研究進(jìn)展
        1.3.1 傳統(tǒng)電極材料
        1.3.2 表面修飾電極材料
        1.3.3 三維電極材料
    1.4 單細(xì)胞力譜技術(shù)及其在材料表面細(xì)菌附著性能研究中的應(yīng)用
        1.4.1 單細(xì)胞力譜技術(shù)介紹
        1.4.2 單細(xì)胞力譜技術(shù)在材料表面細(xì)菌附著性能研究中的應(yīng)用
    1.5 微生物電化學(xué)系統(tǒng)陽極存在的問題及解決思路
    1.6 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.6.1 研究內(nèi)容
        1.6.2 技術(shù)路線
2 材料與方法
    2.1 微生物電化學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建
        2.1.1 主要儀器
        2.1.2 主要材料與試劑
        2.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置
        2.1.4 菌種來源及其培養(yǎng)、保存方法
    2.2 分析測試方法
        2.2.1 材料表征
        2.2.2 電化學(xué)分析方法
        2.2.3 微生物燃料電池性能評價(jià)方法
        2.2.4 生物膜形態(tài)觀察
3 碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極強(qiáng)化微生物燃料電池產(chǎn)電性能的研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極的制備
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極材料表征
        3.3.2 碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極在三電極體系中的性能分析
        3.3.3 碳納米顆粒/聚吡咯/不銹鋼電極在微生物燃料電池中的產(chǎn)電性能測試
    3.4 本章小結(jié)
4 三維膨脹石墨陽極強(qiáng)化微生物燃料電池電能輸出性能的研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 電極的制備
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行
        4.2.3 生物電化學(xué)性能測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 三維膨脹石墨電極材料表征
        4.3.2 三維膨脹石墨電極在三電極體系中的性能分析
        4.3.3 三維膨脹石墨電極在微生物燃料電池中的產(chǎn)電性能測試
    4.4 本章小結(jié)
5 電極表面電荷對電極/微生物界面上細(xì)菌附著性能的影響
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 細(xì)菌附著力曲線測試體系的構(gòu)建
        5.2.2 單細(xì)菌探針的制備
        5.2.3 細(xì)菌附著力曲線測試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 細(xì)菌附著力曲線分析
        5.3.2 細(xì)菌附著力曲線測試條件
        5.3.3 電極表面電荷對細(xì)菌在電極表面附著性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷



本文編號：3643283