鐵磷化物-碳復合體微生物燃料電池陰極的性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(microbial fuel cells，簡稱MFCs)作為一種將有機廢水處理技術(shù)和微生物產(chǎn)電技術(shù)相結(jié)合的綠色能源體系，展現(xiàn)出良好的應用前景。MFCs技術(shù)可以在完成對有機廢水處理的同時，實現(xiàn)將污染物中儲存的化學能向電能的直接轉(zhuǎn)化，進而產(chǎn)生電能。但是，由于MFCs中陰極催化材料（如商業(yè)Pt/C）存在成本價格較高以及催化性能較低（輸出功率）等一系列問題，限制了MFCs的規(guī)?；瘧谩；诖耍菊撐闹饕铝τ贛FCs陰極催化材料

2、的研究，優(yōu)選出廉價的、穩(wěn)定性良好的并且具有良好電催化性能的碳基復合催化材料，進而提高MFCs的產(chǎn)電性能。
　　本論文以六水合三氯化鐵作為鐵源、磷酸氫二氨作為磷源、去皮的玉米秸稈以及三聚氰胺分別作為不同復合材料的碳源，先后制備出兩種可用于空氣陰極MFCs中的陰極催化復合材料。采用X-射線粉末衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線光電子能譜(XPS)、比表面積(BET)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM

3、)、循環(huán)伏安法(CV)、線性掃描伏安(LSV)、交流阻抗測試(EIS)、旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)等物理、化學表征手段和電化學測試的分析方法，探究所制備復合材料的組成含量、產(chǎn)物晶像以及形貌等特征，并分析MFCs陰極催化材料內(nèi)部發(fā)生的氧還原動力學過程。具體研究結(jié)果如下:
　　(1)以（偏磷酸鐵）/磷化鐵/部分石墨化碳基復合材料為陰極，在最佳鐵、磷添加比例（摩爾質(zhì)量比1∶1）和最佳焙燒溫度(900℃)環(huán)境中，制備出Fe(PO3)3/FeP

4、/PGC-900復合材料的最大輸出功率密度達到1.162±0.022W·m-2，COD去除率可以達92.13％，庫倫效率(CE)可以達到23.02％，并表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在運行1920h后，最大功率密度僅下降4.56％。Fe(PO3)3/FeP/PGC-900復合材料存在大量的FeP納米顆粒作為活性位點。此外，在Fe(PO3)3/FeP異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和碳基質(zhì)上的含氧官能團（親水表面）之間存在的協(xié)同作用下，更有效地提高了陰極復合材料的催化活