微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells,MFCs）可以利用微生物自身的代謝能力將有機(jī)物的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為可直接利用的電能,是近年來(lái)引人關(guān)注的綠色能源技術(shù)。它最大的特點(diǎn)是能夠利用廢水中的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)電,從而在廢水處理及環(huán)境修復(fù)中有著良好的應(yīng)用前景。目前,MFCs較低的功率輸出嚴(yán)重的限制了它作為電源裝置的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。電池結(jié)構(gòu)、質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率、陰陽(yáng)兩極的催化能力和微生物的電活性等因素都會(huì)影響MFCs的產(chǎn)電性能。其中,陽(yáng)極的生物-電催化過(guò)程是目前認(rèn)為是決定MFCs輸出性能的關(guān)鍵因素,而遲鈍的生物膜/電極界面電子轉(zhuǎn)移則是該過(guò)程中的限速步驟,也是限制MFCs技術(shù)發(fā)展的瓶頸所在。納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極的應(yīng)用是解決MFCs發(fā)展瓶頸的有效手段。介孔碳作為一種性能優(yōu)異的納米材料,具有均一孔徑、大孔容、高比表面積、導(dǎo)電性優(yōu)良和生物兼容性等獨(dú)特的性質(zhì),在超級(jí)電容器、鋰離子電池、氧還原催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但目前,關(guān)于MFCs陽(yáng)極材料的相關(guān)文獻(xiàn)還比較少,而且在有限的報(bào)道中,其表現(xiàn)出的生物-電催化性能并不如預(yù)期的那么好,似乎其大部分孔的面積并沒有被充分利用。基于此,本論文通過(guò)設(shè)計(jì)改變介孔碳的表面性... 

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“H”型雙室微生物燃料電池的工作原理

圖 1.2 希瓦氏菌胞外電子傳遞方式[7]。細(xì)胞色素機(jī)制是產(chǎn)電微生物在陽(yáng)極表面聚集形成的生物膜，外膜的細(xì)胞色素類氧化還原蛋白將電子傳遞至陽(yáng)極，在此種要電子中介體，又稱為直接電子傳遞。其中，吸附在陽(yáng)極表電子傳輸，而游離的微生物對(duì)電池輸出電流貢獻(xiàn)較少。納米生的一類類似纖毛狀的物質(zhì)，具有傳遞電子的能力，它們相同的菌體連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸電子，不必局限于細(xì)胞一步提高陽(yáng)極的生物電催化活性[8]。穿梭機(jī)制是微生物利用外加或自身分泌的電子介體，將產(chǎn)生面的方式，又稱為間接電子傳遞。由于受到微生物細(xì)胞壁的自身不能將電子傳遞至電極表面，需要外加中介體進(jìn)行電子QDS、硫堇、鐵氰化鉀、吩嗪等；少數(shù)產(chǎn)電微生物可以通過(guò)自電子傳遞，如綠膿菌素、質(zhì)體藍(lán)素、小菌素等[9]。文中所有實(shí)驗(yàn)使用的細(xì)菌均為腐敗希瓦式菌（Shewanella p希瓦式菌屬的胞外電子傳遞既包含了直接電子傳遞又包含了

MFCs 因其綠色環(huán)保并且能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)化石能源有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。典型的 MFCs 由陰極、陽(yáng)極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，其中陽(yáng)極既產(chǎn)電微生物附著的載體，同時(shí)又是電子傳遞的關(guān)鍵位點(diǎn)[18]，因此，改善陽(yáng)極性是促進(jìn) MFCs 輸出功率提升的關(guān)鍵。比如采用性能優(yōu)良的納米材料修飾 MFCs極，可以提高電子在產(chǎn)電微生物和電極間的界面電子傳遞速率。此外，通過(guò)優(yōu)材料的組成來(lái)增強(qiáng)電極的生物相容性和表面性質(zhì)，提高催化劑與電極間的相互用，也能促進(jìn)生物電催化過(guò)程高效穩(wěn)定地進(jìn)行，從而達(dá)到提高 MFCs 性能的目。.3.1 傳統(tǒng)碳基電極材料由于碳基材料具有成本低廉、良好的生物相容性、較好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定，碳紙、石墨板、石墨片、石墨棒、碳布等傳統(tǒng)碳基材料已經(jīng)廣泛用作 MFCs極[15-19]。并且這些碳材料已經(jīng)成為了質(zhì)量可靠的商業(yè)化產(chǎn)品，因此常被用來(lái)作電池性能評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)電極材料。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]介孔碳的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 李鵬剛,王靖軒,郭飛飛,何昱軒,唐光貝,羅永明,朱文杰.  化工進(jìn)展. 2018(01)
[2]有序介孔碳材料的表面改性及電化學(xué)性能研究[J]. 李娜,韓一明,許建雄,許利劍,杜晶晶.  功能材料. 2015(S1)
[3]硝酸活化對(duì)針狀焦電化學(xué)性能的影響[J]. 許永霞,王保成,李建華,高成鳳,王樹崗.  煤炭轉(zhuǎn)化. 2012(04)
[4]中國(guó)新能源發(fā)展研究[J]. 劉琦.  電網(wǎng)與清潔能源. 2010(01)
[5]離子液體及其在分離分析中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 肖小華,劉淑娟,劉霞,蔣生祥.  分析化學(xué). 2005(04)
[6]21世紀(jì)發(fā)展生物質(zhì)能前景廣闊[J]. 張無(wú)敵,宋洪川,韋小巋,熊志偉,陶樸良.  中國(guó)能源. 2001(05)

碩士論文
[1]基于石墨烯氣凝膠的微生物燃料電池陽(yáng)極生物—電催化研究[D]. 溫國(guó)云.西南大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3426635