微生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemicalsystem,BES)在實現(xiàn)從污染物治理過程回收能量的同時,還可對環(huán)境廢棄物進(jìn)行資源化轉(zhuǎn)化,有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,微生物/電極界面作用機(jī)制研究是該領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。在BES中,微生物與電極主要存在電子轉(zhuǎn)移和物理附著的聯(lián)系,但微生物附著行為和電子傳遞過程可控性差制約了其性能的提高。本文通過在微生物與電極間引入功能聚合物界面,強(qiáng)化并調(diào)控微生物與電極之間的電子傳遞過程,實現(xiàn)微生物在電極表面的選擇性附著,為BES的高效穩(wěn)定運行提供理論和技術(shù)支持。針對生物附著性能差、界面電子傳遞效率低的非貴金屬電極材料,提出聚吡咯/活性炭修飾電極界面的方法,構(gòu)建復(fù)合微生物陽極材料,加速微生物/電極間的電子傳遞。利用氮元素含量較高的馬尾藻基活性碳強(qiáng)化電極與細(xì)菌之間的親和性,同時結(jié)合聚吡咯與不銹鋼的高電導(dǎo)率和微觀三維結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電子的快速導(dǎo)出。制備的電極材料在微生物燃料電池(MFC)中的最大輸出功率密度達(dá)45.2 W/m3,且電極表面微生物附著更加均勻。對聚吡咯/活性炭修飾不銹鋼材料表面電子傳遞動力學(xué)研究表明,底物電子供體濃度相比電極電勢對陽極電子...

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1MFC結(jié)構(gòu)原理示意圖

，ｉｃｒｏｂｉａｌ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ，?ＭＦＣ）和微生物電解池（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?ｅｌｅｃｔ利用陽極ＥＡＢ催化降解有機(jī)底物，生成Ｃ０２、質(zhì)子，同內(nèi)轉(zhuǎn)移至胞外，傳遞至陽極；陽極獲取了電子．后通過外電在陰極表面結(jié)合擴(kuò)散而來的質(zhì)子與氧化劑（如氧氣、鐵。典型的雙室ＭＦＣ反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖....

圖１．２?ＭＥＣ結(jié)構(gòu)原理示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＭＥＣ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??

促進(jìn)底物的快速分解；在陰極使用ＥＡＢ情況時，陰極表面的ＥＡＢ能從電極接收??電子，用于細(xì)胞代謝并通過呼吸鏈將其余電子傳遞至底物，用于合成還原產(chǎn)物［７］。??典型的雙室ＭＥＣ反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，陽極室與陰極室通過ＰＥＭ相隔，兩??室內(nèi)分別插入陰陽電極。電極間接入直流電源，用于....

圖１．４碳基電極材料：（ａ）石墨片（ｂ）碳紙（ｃ）碳布（ｄ）碳?xì)趾停ǎ澹┨妓??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｃａｒｂｏｎ?ｂａｓｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?ｇｒａｐｈｉｔｅ；?（ｂ）?ｃａｒｂｏｎ?ｐａｐｅｒ；?（ｃ）?ｃａｒｂｏｎ?ｃｌｏｔｈ；?（ｄ）??

碳基材料是目前研究最多的徽生物電極材料，其生物適應(yīng)性好，又具備較好??的電化學(xué)惰性。除了石墨電極，通過不同的加工工藝，碳基材料已被加工為碳紙、??碳布、碳?xì)帧⑻妓⒌刃问蕉鄻拥碾姌O材料（如圖１．４）。電極結(jié)構(gòu)的改進(jìn)增大了材??料比表面積，為微生物的附著提供了更多位點。Ｌｏｇａｎ教授....

圖１．７本論文研究技術(shù)路線??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｐｌａｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｅｓｉｓ．??

細(xì)菌快速檢測電化學(xué)傳感器。??１．６．２技術(shù)路線??本論文的研究技術(shù)路線如圖１．７所示。??＇；＇?Ｐ４ＶＰ聚合物刺激啕應(yīng)界面??此?東?敗?＾＼?．?丨看環(huán)伏安法分析??％?７Ｓ?光Ｋｆｒ成與測試??二一．．，＾?：??＾?Ｊ?１＝＝＝＾?｜?ｔｒ時天培：云分打?；??＼?＿?....

本文編號：3892298