緊湊式微生物燃料電池（Compact-Electrode Assembly Microbial Fuel Cells,CEA-MFCs）通過將陽極、絕緣分隔層和陰極壓合在一起,最大程度減少M(fèi)FCs的溶液內(nèi)阻,被認(rèn)為是目前最適于放大化的反應(yīng)器構(gòu)型。然而,隨著電極間距的減小,從空氣陰極側(cè)擴(kuò)散至陽極附近的氧氣也隨之增加,抑制生物陽極的產(chǎn)電。因此,解決陽極“氧氣污染”已成為開發(fā)高性能CEA-MFCs的關(guān)鍵。本論文深入探究氧氣對陽極生物膜成膜過程的影響,通過陽極生物膜生長成膜定向調(diào)控,構(gòu)建高性能耐氧型陽極生物膜,開發(fā)高性能CEA-MFCs。首先開發(fā)了碳納米角修飾陽極和接種物篩選兩種手段提高生物陽極電化學(xué)性能。采用單壁碳納米角修飾陽極顯著降低陽極阻抗,提升陽極性能,效果優(yōu)于活性炭和碳納米管。采用來自單室空氣陰極MFCs陽極生物膜的陽極接種物構(gòu)建的陽極生物膜相比于來自陰極生物膜的陰極接種物構(gòu)建的陽極生物膜具有更好的接種效果。但接種物類型好氧或厭氧對接種后陽極生物膜耐氧能力的提升不大。探究了不同氧分壓下陽極生物膜的成膜過程、生物膜結(jié)構(gòu)和產(chǎn)電機(jī)理。厭氧條件下,陽極生物膜形成由Geobacter主導(dǎo)的單層致...

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1近十五年MFCs相關(guān)論文的發(fā)表和引用次數(shù)（英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于WebofScience，中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于知網(wǎng)）

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論2COD值過低，容易造成生物污泥的流失，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[6]；最后，厭氧生物消化過程需要較高的環(huán)境溫度（通常為30℃以上）和較長的代謝周期（通常在10天以上）。微生物燃料電池（MicrobialFuelCells，MFCs）是一種利用附著在電池....

圖1-2MFCs基本原理示意圖（以氧氣作為電子受體為例）

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論3外電子傳遞鏈傳遞至陽極材料并通過外電路轉(zhuǎn)移至電池陰極；在陰極，溶液中的氫離子、外電路轉(zhuǎn)移來的電子與吸附在電極表面的電子受體（氧氣、三價(jià)鐵鹽、非金屬含氧酸鹽等）發(fā)生還原反應(yīng)，形成閉合產(chǎn)電回路（圖1-2）。以電子供體為乙酸鈉、電子受體為氧氣為例，MFC....

圖1-3不同構(gòu)型微生物燃料電池照片

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論5采用單室空氣陰極MFCs處理廢水時(shí)，由于廢水的溶液導(dǎo)電性低和復(fù)雜基質(zhì)的生物降解動(dòng)力學(xué)差，MFCs處理實(shí)際廢水時(shí)獲得的典型功率密度（<0.5W/m2）要遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模MFCs在最優(yōu)條件下（30°C，20mS/cm溶液導(dǎo)電度，中性pH）的典型最大功率....

圖1-4緊湊式空氣陰極微生物燃料電池構(gòu)型示意圖

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論6緊湊式空氣陰極MFCs的優(yōu)勢顯著。首先，減少陰陽兩極間距離極大地降低了MFCs的溶液內(nèi)阻和溶液體積，緊湊式空氣陰極MFCs獲得的最大體積功率密度通常在1000W/m3以上[24,26,33,34]，是目前國際上報(bào)道的體積功率密度最大的空氣陰極MFC....

本文編號：4033808