基于生物電化學系統(tǒng)的微生物燃料電池（microbial fuel cells,MFCs）是一種新興的綠色能源裝置,它可以通過電活性微生物的特殊機制將碳源中的化學能轉變?yōu)殡娔堋Ｈ欢?由于MFCs現(xiàn)階段還存在輸出功率較低、應用成本高、啟動條件較苛刻等不穩(wěn)定因素,限制了其大規(guī)模商業(yè)應用。其中,MFCs的陽極性能很大程度上影響其輸出功率的提高,而電活性微生物與陽極表面的電子傳遞效率是其中最關鍵的因素。為了促進陽極電子轉移,最可行的方法是優(yōu)化陽極的表面結構與電化學性能,使其利于電活性微生物的粘附并且快速傳導產(chǎn)出的電子。因此,尋找創(chuàng)新且高效的陽極改性方法是提高MFCs產(chǎn)電性能的重要途徑。一般來說,碳基材料因其穩(wěn)定性和生物親和性被廣泛用作傳統(tǒng)MFCs陽極材料。然而,其導電性和表面積需要進一步提高。本研究采用碳納米管（carbon nanotubes,CNTs）這種高長徑比和導電率高性能碳納米材料,利用其高效的電子接收和傳導能力以及易修飾性將之對傳統(tǒng)碳材料進行改性,基于CNTs本身的優(yōu)異性能,通過不同的改性方法促進電活性微生物和陽極之間的增強接觸以及快速傳遞電子。本文探究了不同修飾修飾方法的可行性以及... 

【文章來源】：齊魯工業(yè)大學山東省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙室型微生物燃料電池工作原理示意圖

利用電子供體和電子受體之間的能量差，這進一步導致跨膜形成離子梯度。該梯度有助于ATP合成，因此將電勢差轉換為化學能。電子在生物膜中分泌可溶性電子穿梭，例如黃素類、醌類等[36]。這些微生物電子穿梭與細胞色素相互作用，進一步將電子轉移到電極上。電活性微生物在分泌的核黃素與c-Cyts中的特定血紅素基結合，血紅素的氧化態(tài)反映了呼吸的電子輸入與輸出之間的平衡[37]。核黃素的釋放和結合維持了細菌生物膜中的細胞內氧化還原穩(wěn)態(tài)，并且將電子轉移至電極[38]。如圖1.2所示，概括了直接和間接的電子傳遞方式。圖1.2電活性微生物胞外電子傳遞方式1.2.4微生物燃料電池的主要發(fā)展方向MFCs作為一種利用電活性微生物產(chǎn)電的新型清潔能源，目前來說還沒有大規(guī)模應用。限制MFCs商業(yè)化以及工業(yè)化發(fā)展的主要障礙是其較低的輸出功率，現(xiàn)階段MFCs只在傳感器或者其他發(fā)電小元件中應用[39]。因此，科研人員將研究方向聚焦在如何提高MFCs的發(fā)電性能。其一，完善并改進MFCs的內外部結構。MFCs發(fā)展至今，不斷有創(chuàng)新的電池結構被開發(fā)。例如沉積物微生物燃料電池通常選擇狹長的圓筒容器，利用沉積物的封閉性打造無氧環(huán)境，適合混合微生物的生長繁殖[40]。雙室微生物燃料電池可以給純菌提供小而密閉的生存空間，后來單室微生物燃料電池的開發(fā)，通過改造空氣陰極擴大氧化還原反應效率，直接取消陰極室與昂貴的質子交換膜[41]。結構的改進可以通過縮短陰陽極距離減小內阻，或者通過更密閉的設備空間為電活性

齊魯工業(yè)大學碩士學位論文15了官能團，可能為羥基或者羧基。圖2.1(a)酸處理前碳納米管的表面形貌;(b)酸處理后碳納米管的表面形貌為了進一步證明CNTs是否成功酸化，將未處理的CNTs和酸處理后的CNTs分散在水溶液中靜置過夜。如圖2.2所示，左邊樣品瓶中未處理的CNTs靜置后出現(xiàn)明顯的沉淀分層現(xiàn)象，而右邊酸處理后的CNTs始終在水溶液中保持均勻的分散。這說明CNTs經(jīng)過酸化處理不僅處理掉了疏水的油脂等雜質，還明顯增加了親水性。這樣處理的CNTs可以均勻分散在水相溶質中，而且可以保持較久的穩(wěn)定期。為下一步的層層自組裝打實了基礎，保證CNTs的高分散性從而為制備高性能MFCs陽極提供了技術指導。圖2.2混酸處理前后CNTs的水分散液靜置現(xiàn)象2.3.2CP/CNT陽極的表面構造將酸處理后的CNTs高速離心后取沉淀，干燥后與原始CNTs通過XRD分析所獲得材料在5-30度范圍內的表觀結構信息。如圖2.3所示，可以發(fā)現(xiàn)酸化CNTs

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本文編號：3445902