【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種在實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中污染物降解的同時(shí)產(chǎn)生電能的新技術(shù)。光催化型MFC是利用光催化材料在光照下產(chǎn)生光電效應(yīng)的特點(diǎn)與MFC一起進(jìn)行復(fù)合產(chǎn)電的裝置。應(yīng)用最為廣泛的二氧化鈦只有波長(zhǎng)小于380 nm的紫外光能夠?qū)ζ浼ぐl(fā)產(chǎn)生光電效應(yīng)。粉體光催化材料與其它材料混合制備電極容易產(chǎn)生對(duì)光照的屏蔽和阻礙光生空穴和電子的傳遞。為了實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光光催化型MFC的構(gòu)建,本論文首先利用商業(yè)光電池制作MFC-光電池,初步研究了光催化型MFC的可行性。在此基礎(chǔ)上利用導(dǎo)電性良好的銅作為基質(zhì)材料,在銅電極表面制備兩種光催化材料,減少了光催化材料與導(dǎo)電基質(zhì)的混合和壓制,利用光催化材料與銅電極之間自然的連接,使得光電極表面的光催化材料將吸收光能激發(fā)產(chǎn)生的光生空穴和電子快速傳遞至電路系統(tǒng),加快了光催化型MFC陰極的反應(yīng)速率。在此基礎(chǔ)上,初步分析了其產(chǎn)電機(jī)理且考察了對(duì)污染物的去除特性。本論文的主要內(nèi)容包括:(1)將一個(gè)多晶硅光電池(polycrystalline silicon photocell,PPSC)連接到MFC系統(tǒng)中,構(gòu)建分體式光催化型微生物燃料電池-光電池系統(tǒng)(MFC-PSSC)。對(duì)MFC-PSSC輸出電壓和功率密度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明當(dāng)mfc-pssc從黑暗到光照下進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)候,輸出電壓瞬間從0v提高到1.184v,對(duì)光照具有明顯的響應(yīng),出現(xiàn)明顯的光電池特征。構(gòu)建的mfc-pssc的功率密度光照下可以達(dá)到826mw·m-2,遠(yuǎn)高于單純的微生物燃料電池76.2mw·m-2和無(wú)菌cell-pssc285.2mw·m-2。構(gòu)建的mfc-pssc光照下加速了對(duì)陽(yáng)極室中有機(jī)污染物的降解以及陰極室cr(Ⅵ)的去除。通過(guò)16srdna技術(shù)對(duì)黑暗和光照下的陽(yáng)極微生物菌落進(jìn)行分析,結(jié)果表明光照下的mfc-pssc陽(yáng)極中微生物菌落豐度和多樣性有所降低,說(shuō)明較高的電流下對(duì)微生物有抑制作用,且對(duì)產(chǎn)電菌種的抑制作用小于對(duì)不產(chǎn)電菌種的抑制作用。(2)制備了銅基cuo電極,構(gòu)建了一體式銅基cuo陰極光催化mfc。通過(guò)輸出電壓、線性掃描電流曲線和電化學(xué)阻抗譜對(duì)銅基cuo電極進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,在可見(jiàn)光照射下,電池輸出電壓有所升高,電極線性掃描電流有所升高,電化學(xué)阻抗有所降低。通過(guò)對(duì)比光照和黑暗下銅基cuo電極掃描電流曲線和電化學(xué)阻抗譜的變化,對(duì)光催化型mfc的機(jī)理進(jìn)行了初步分析總結(jié),認(rèn)為是光照下cuo電極激發(fā)產(chǎn)生的光生空穴-電子對(duì),加速了從陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)電子的氧化速率,增加了陰極電勢(shì),降低了陰極電阻。(3)制備了銅基cuins2電極,構(gòu)建了銅基cuins2作陰極電極、陰極用甲基橙溶液的一體式光催化mfc。通過(guò)輸出電壓、功率密度、開(kāi)路電壓、線性掃描電流曲線和電化學(xué)阻抗譜等電化學(xué)指標(biāo)分析了光照在無(wú)氧和有氧條件下對(duì)銅基cuins2陰極光催化mfc產(chǎn)電性能的影響。結(jié)果表明光照有利于電池性能的提升。通過(guò)在有氧和無(wú)氧條件下光照對(duì)光催化-MFC中陰極甲基橙濃度的測(cè)量,結(jié)果表明產(chǎn)電性能提高有利于甲基橙的脫色。通過(guò)對(duì)有氧和無(wú)氧條件下光催化MFC產(chǎn)電性能和對(duì)陰極甲基橙降解效果和降解產(chǎn)物進(jìn)行分析,初步推斷光催化-MFC在光照下產(chǎn)生的光生空穴被陽(yáng)極傳遞的電子直接氧化,光生電子被陰極電子受體氧化。(4)利用MFC做驅(qū)動(dòng)電壓,構(gòu)建了銅基Cu2O電極MFC-光降解裝置。通過(guò)MFC-光降解裝置對(duì)甲基橙脫色效果進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明MFC提供的外加電壓有利于甲基橙的降解。構(gòu)建的新裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)MFC實(shí)際的利用,為MFC電能使用的途徑探索了新的方向。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.45

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本文編號(hào)：2338748