聚吡咯復合材料在微生物燃料電池中的產電儲能性能研究
發(fā)布時間：2021-10-01 03:18
微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell,MFC）是利用微生物的催化作用直接將污水中的有機質轉化為電能的新技術。陽極是對微生物電池性能影響最大的因素。本論文研究了聚吡咯復合電極材料的制備及其作為陽極在MFC中的應用,并研究其對MFC產電儲能性能的影響。采用原位生長法制備出摻雜不同質量分數(shù)的羧甲基纖維素/聚吡咯復合電極材料,通過電化學測試得出聚吡咯（PPy）和羧甲基纖維素（CMC）復合材料的最優(yōu)比例,并制備出聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿電極。將制備的聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿電極、聚吡咯/海綿和空白海綿電極應用到MFC后得到的最大功率密度分別為4.88 W/m3、3.64 W/m3、2.85W/m3。在充電60 min放電120 min（C60/D120）時,聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿陽極電池的釋放電量Qm為7000.43 mC/cm2,相比于聚吡咯/海綿陽極電池和海綿陽極電池分別增大了2199.37 mC/cm2、5814.25 mC/cm
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微生物燃料電池的產電機理
電極的表面積及電子轉移能力，進而增加了電極的電化學活性從而增加了 MF的輸出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨復合材料生物陽極，MFC 陽合材料修飾后，最大電壓提升到 573 mV，最大功率密度達到 884 mW/m2，復極為微生物的寄居提供了更大的表面積，同時，電極的高導電性促進了電極與間的電子轉移，所以最大功率遠遠高于只采用聚苯胺修飾的。導電聚合物多元材料是應用于微生物燃料電池的一種高效并且很有前景的陽極材料。所以我們咯與羧甲基纖維素進行復合，并將該復合材料作為陽極運用到微生物燃料電池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高儲能容量，良好的環(huán)境穩(wěn)定性和易于化學和電而備受關注。它們是迄今為止在電化學能量存儲和轉換系統(tǒng)中的最好的電極材62, 63]。其結構示意圖如圖 1.2 所示，PPy 的有序納米混合物不僅表現(xiàn)出 P 型和 N 合物的良好電容行為，而且為離子擴散提供了有效途徑。PPy 的陰離子摻雜可和放電過程中充分利用電解質中的離子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]將聚吡咯沉積在網(wǎng)狀玻璃碳上，并作為陽極應用與 MFC 上，過研究發(fā)現(xiàn)，沉積過 PPy 的陽極功率密度得到了明顯提高，最大功率密度達到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的電化學性能，使得電池的產電效率也得以提升。這些果表明導電聚合物的納米多孔材料對于諸如超級電容器和二次電池的儲能裝置的實應用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纖維素(CMC)羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纖維素經過堿化者醚化后得到的陰離子纖維素醚[72]。羧甲基纖維素通常是白色的或者淡黃色的顆粒狀固體。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有機溶劑[73, 74]，其結構意圖如圖 1.3 所示。羧甲基纖維素因為其具有增加粘稠、膠體保護、成膜等功能，所被廣泛應用到石油開采、食品、化妝品、造紙和藥品等多方面領域，如今羧甲基纖維也逐漸被應用在鋰電池和陶瓷等高端產品。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]淺談城市水污染的現(xiàn)狀與治理建議[J]. 潘鑫. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(08)
[2]城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施[J]. 相華旭. 科技創(chuàng)新與應用. 2017(01)
[3]微生物燃料電池耦合型廢水處理反應器研究進展[J]. 羅鷗,楊永剛,劉國光,許玫英. 工業(yè)水處理. 2016(03)
[4]羧甲基纖維素鈉與聚乳酸共混體系的研究[J]. 譚輝,何小維,周艷. 現(xiàn)代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料電池的產電機制[J]. 盧娜,周順桂,倪晉仁. 化學進展. 2008(Z2)
[6]廢水處理新理念——微生物燃料電池技術研究進展[J]. 孫健,胡勇有. 工業(yè)用水與廢水. 2008(01)
[7]導電聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通報. 2005(04)
[8]羧甲基纖維素的生產與應用[J]. 劉關山. 遼寧化工. 2002(10)
博士論文
[1]碳納米材料修飾電極強化微生物燃料電池產電特性與機理[D]. 張亞平.華南理工大學 2014
[2]超級電容器用聚苯胺納米纖維的制備、改性和電容特性研究[D]. 方靜.中南大學 2012
[3]聚吡咯基導電復合材料的制備及其性能研究[D]. 楊超.蘭州大學 2011
[4]環(huán)境污染與經濟可持續(xù)發(fā)展的關系及影響機制研究[D]. 黃菁.湖南大學 2010
碩士論文
[1]12種化學合成類制藥污水和氯苯脅迫下魚的急性毒性效應[D]. 申冰玉.吉林農業(yè)大學 2013
本文編號：3417134
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微生物燃料電池的產電機理
電極的表面積及電子轉移能力，進而增加了電極的電化學活性從而增加了 MF的輸出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨復合材料生物陽極，MFC 陽合材料修飾后，最大電壓提升到 573 mV，最大功率密度達到 884 mW/m2，復極為微生物的寄居提供了更大的表面積，同時，電極的高導電性促進了電極與間的電子轉移，所以最大功率遠遠高于只采用聚苯胺修飾的。導電聚合物多元材料是應用于微生物燃料電池的一種高效并且很有前景的陽極材料。所以我們咯與羧甲基纖維素進行復合，并將該復合材料作為陽極運用到微生物燃料電池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高儲能容量，良好的環(huán)境穩(wěn)定性和易于化學和電而備受關注。它們是迄今為止在電化學能量存儲和轉換系統(tǒng)中的最好的電極材62, 63]。其結構示意圖如圖 1.2 所示，PPy 的有序納米混合物不僅表現(xiàn)出 P 型和 N 合物的良好電容行為，而且為離子擴散提供了有效途徑。PPy 的陰離子摻雜可和放電過程中充分利用電解質中的離子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]將聚吡咯沉積在網(wǎng)狀玻璃碳上，并作為陽極應用與 MFC 上，過研究發(fā)現(xiàn)，沉積過 PPy 的陽極功率密度得到了明顯提高，最大功率密度達到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的電化學性能，使得電池的產電效率也得以提升。這些果表明導電聚合物的納米多孔材料對于諸如超級電容器和二次電池的儲能裝置的實應用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纖維素(CMC)羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纖維素經過堿化者醚化后得到的陰離子纖維素醚[72]。羧甲基纖維素通常是白色的或者淡黃色的顆粒狀固體。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有機溶劑[73, 74]，其結構意圖如圖 1.3 所示。羧甲基纖維素因為其具有增加粘稠、膠體保護、成膜等功能，所被廣泛應用到石油開采、食品、化妝品、造紙和藥品等多方面領域，如今羧甲基纖維也逐漸被應用在鋰電池和陶瓷等高端產品。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]淺談城市水污染的現(xiàn)狀與治理建議[J]. 潘鑫. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(08)
[2]城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施[J]. 相華旭. 科技創(chuàng)新與應用. 2017(01)
[3]微生物燃料電池耦合型廢水處理反應器研究進展[J]. 羅鷗,楊永剛,劉國光,許玫英. 工業(yè)水處理. 2016(03)
[4]羧甲基纖維素鈉與聚乳酸共混體系的研究[J]. 譚輝,何小維,周艷. 現(xiàn)代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料電池的產電機制[J]. 盧娜,周順桂,倪晉仁. 化學進展. 2008(Z2)
[6]廢水處理新理念——微生物燃料電池技術研究進展[J]. 孫健,胡勇有. 工業(yè)用水與廢水. 2008(01)
[7]導電聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通報. 2005(04)
[8]羧甲基纖維素的生產與應用[J]. 劉關山. 遼寧化工. 2002(10)
博士論文
[1]碳納米材料修飾電極強化微生物燃料電池產電特性與機理[D]. 張亞平.華南理工大學 2014
[2]超級電容器用聚苯胺納米纖維的制備、改性和電容特性研究[D]. 方靜.中南大學 2012
[3]聚吡咯基導電復合材料的制備及其性能研究[D]. 楊超.蘭州大學 2011
[4]環(huán)境污染與經濟可持續(xù)發(fā)展的關系及影響機制研究[D]. 黃菁.湖南大學 2010
碩士論文
[1]12種化學合成類制藥污水和氯苯脅迫下魚的急性毒性效應[D]. 申冰玉.吉林農業(yè)大學 2013
本文編號：3417134
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