微生物燃料電池（MFC）,能利用微生物的代謝作用同步實現(xiàn)廢水處理與能源回收,其可持續(xù)發(fā)展理念廣受重視。但MFC的發(fā)展仍面臨很多挑戰(zhàn),例如功率輸出、穩(wěn)定性、電子利用效率低和投入成本等問題,都極大限制了其進一步發(fā)展。一直以來,單室空氣MFC構(gòu)型被廣泛使用,且多采用Pt/C作為空氣陰極催化劑,但它成本較高,易被復(fù)雜溶液體系污染,單室構(gòu)型雖節(jié)省了質(zhì)子交換膜的使用,同時也損耗了陽極的電子利用效率;另一方面,陽極常用的碳布、碳刷等二維碳材料存在生物附著量低、傳質(zhì)過程受阻、長期運行穩(wěn)定性差、價格昂貴等問題。針對上述問題,本文以廢棄的生物質(zhì)（柚子皮、雞蛋殼）作為材料來源,在陰極構(gòu)建了Fe₃C/WC/GC納米復(fù)合物和雞蛋殼膜（ESM）分隔材料,以提高單室MFC的功率輸出、庫倫效率及穩(wěn)定性,并有效降低MFC投入成本�；趶U棄柚子皮具有天然形成的多孔結(jié)構(gòu)和含氧官能團,可以在柚子皮碳骨架上原位引入大量鐵鹽([Fe（CN）₆]^4-)和鎢鹽(WO₄^2-),在惰性氣氛下通過原位碳熱還原的方法“一步”合成Fe... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1雙室型空氣陰極MFC

但另一方面,沒有分隔膜的使用,也造成一定問題,例如在空氣陰極附近,氧氣會逐漸通過陰極表面擴散到溶液體系中,導(dǎo)致陽極微生物產(chǎn)生的電子利用效率下降;同時因為陰、陽極區(qū)的底物相互擴散交叉污染,影響陰極催化劑界面的反應(yīng)效率,會導(dǎo)致MFC性能有所下降。針對單室空氣MFC存在問題,一般利用PTFE調(diào)控空氣陰極防水擴散層厚度,改善氧氣的擴散,但同時也容易造成陰極界面氧氣傳質(zhì)受阻,影響陰極性能。單室空氣MFC反應(yīng)器具有獨特的優(yōu)勢,是目前應(yīng)用最廣泛的反應(yīng)器構(gòu)型之一,為了進一步增強其產(chǎn)電性能,從提高電極界面反應(yīng)出發(fā),將針對單室型空氣陰極MFC存在的一些問題與不足,展開后續(xù)研究。MFC研究正處于發(fā)展期,是一項具有潛在應(yīng)用價值的綠色能源技術(shù)。與其它燃料電池相比具有一定優(yōu)勢,MFC除了在理論上具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率,還擁有許多獨特優(yōu)點:1)原料來源廣泛。大自然中存在多種多樣的微生物群體可用來代謝產(chǎn)電,還有大量種類復(fù)雜的廢棄無機物及有機物可作為基底燃料供給微生物生長代謝,從偶氮染料、脂肪酸、苯酚等[24,25]難降解有機物到實際生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等等[26,27],均可被MFC用作底物進行去除的同時產(chǎn)電;2)系統(tǒng)運行簡便,條件溫和。以微生物酶為主的生物催化劑在常溫常壓、中性pH條件下就能夠維持良好的催化活性;3)產(chǎn)物清潔。僅利用空氣中的氧氣作為電子受體,反應(yīng)產(chǎn)物為H2O,陽極氧化有機物形成最終產(chǎn)物是CO2和H2O,屬于清潔產(chǎn)物,不需要后續(xù)處理工藝,屬于真正意義的“綠色技術(shù)”;4)應(yīng)用廣泛。除了處理各種不同類型的廢水外,還可將其產(chǎn)生的電能回收并應(yīng)用在一些特殊環(huán)境。由于它具有良好的生物相容性,可以利用人體血液循環(huán)過程中的代謝產(chǎn)物和氧氣作為燃料,產(chǎn)生電能并供給植入人體內(nèi)的人造器官或者用作生物傳感器等[28]。

除了上述的納米導(dǎo)線直接傳遞電子外,研究表明還存在種間電子傳遞,Gorby等[34]發(fā)現(xiàn)Pelotomaculum thermos-propionicum會產(chǎn)生較粗的類似傘毛的納米導(dǎo)線,在共培養(yǎng)基中這些納米導(dǎo)線會將發(fā)酵細菌和甲烷細菌連接在一起,促進種間的電子傳遞,能夠增強種間共生代謝過程,目前關(guān)于納米導(dǎo)線促進EET的研究仍需獲得更多的信息。(2)細胞-表面電子傳遞

【參考文獻】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯與聚苯胺修飾陰極的微生物燃料電池電化學性能[J]. 劉詩彧,王榮昌,馬翠香,周欣逸,楊殿海.  中國環(huán)境科學. 2019(09)
[2]微生物燃料電池電能產(chǎn)生及污廢水處理的研究進展[J]. 侯連剛,李軍,楊京月,劉陽.  新能源進展. 2019(04)
[3]微生物燃料電池陽極產(chǎn)電菌電子轉(zhuǎn)移主要機制及其影響因素[J]. 劉巖婉晶,趙倩楠,葛潤蕾,翟彥霞,楊淞,楊曉月,周啟星,李鳳祥.  環(huán)境化學. 2019(08)
[4]微生物燃料電池降解焦化廢水過程研究[J]. 馮雅麗,于蓮,李浩然,康金星,王媛.  中國環(huán)境科學. 2018(11)
[5]微生物燃料電池構(gòu)型研究進展[J]. 劉斌,尚均頂,王許云.  當代化工. 2018(10)
[6]微生物燃料電池陽極材料改性研究進展[J]. 王美聰,劉婷婷,張學軍,吳丹,樊立萍.  環(huán)境科學與技術(shù). 2018(10)
[7]碳納米材料修飾陽極電極對微生物燃料電池傳感器水體毒性檢測靈敏度的影響[J]. 余登斌,江嵐,王沛,李婷,董紹俊.  分析化學. 2018(07)
[8]產(chǎn)電微生物Shewanella菌厭氧呼吸代謝網(wǎng)絡(luò)研究進展[J]. 劉鵬程,朱雯雯,肖翔.  微生物學通報. 2015(11)
[9]有機廢水發(fā)酵法生物制氫中試研究[J]. 李建政,任南琪,林明,王勇.  太陽能學報. 2002(02)
[10]有機廢水處理生物制氫技術(shù)[J]. 任南琪,王寶貞.  中國環(huán)境科學. 1994(06)



本文編號：3339885