電氣石-膨潤(rùn)土修飾陰極微生物燃料電池效能研究.pdf

1、目前環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題嚴(yán)重影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類的生活。環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，能源短缺也已成為不可改變的事實(shí)。而微生物燃料電池(Microbialfuelcell，MFC)作為一種新型的能量轉(zhuǎn)換裝置，它既可以降解有機(jī)物，同時(shí)還可以產(chǎn)生電能，在近些年得到了眾多研究者的重視。微生物燃料電池利用的燃料廣泛、反應(yīng)條件溫和、能量轉(zhuǎn)換效率高，而且在反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需其它能量輸入。但是它還存在很多缺點(diǎn)，如產(chǎn)電效率低、輸出功率低等。影響微生物燃料電池穩(wěn)定運(yùn)行的

2、因素有很多，如接種的微生物、陽(yáng)極的底物、陰極的催化性能、質(zhì)子交換膜等。其中陰極的催化性是影響其效率的主要因素之一，目前陰極使用的催化劑主要是Pt等貴金屬，由于其本身比較昂貴，而且長(zhǎng)期使用后會(huì)在表面發(fā)生鈍化而影響催化性能。最近研究結(jié)果表明陰極以微生物作為催化劑，能夠催化陰極的反應(yīng)（一般為還原氧氣）。生物陰極不僅具有高的催化性能，而且微生物在充足的營(yíng)養(yǎng)條件下能夠不斷的繁殖，能夠保證陰極催化性的連續(xù)，此外，微生物在滿足自身繁殖的同時(shí)還能夠降解

3、污染物。因此，尋找一種高電導(dǎo)率、高生物適應(yīng)性以及能夠加強(qiáng)生物催化性能的陰極材料成為了微生物燃料電池研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)生物陰極的電極材料做了如下研究。
　　(1)本文的2、3章中以電氣石和聚苯胺為材料，利用電化學(xué)方法來(lái)修飾石墨電極。利用掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、循環(huán)伏安法(CV)和交流阻抗(EIS)對(duì)制備電極的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。然后以石墨電極、聚苯胺修飾的石墨電極和聚苯胺、電氣石共同修飾的石墨電極作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，

4、分別為雙室MFC反應(yīng)器1、2和3的生物陰極材料。當(dāng)反應(yīng)器外電路電阻控制在800Ω時(shí)，反應(yīng)器1、2和3的最大輸出電壓穩(wěn)定在0.20士0.005V，0.26土0.005V和0.37士0.005V，同時(shí)反應(yīng)器1、2和3的最大功率密度分別為54mW/m2、138mW/m2和266mW/m2。而循環(huán)伏安曲線(CV)的結(jié)果也表明聚苯胺、電氣石修飾的電極材料催化性能優(yōu)于另外兩種電極材料。
　　(2)本文的4、5章中以膨潤(rùn)土為修飾碳布電極的材料，

5、PTFE為粘結(jié)劑將膨潤(rùn)土粘附于碳布上，然后以掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、線性掃描伏安曲線(LSV)和循環(huán)伏安曲線(CV)表征電極的微觀結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能。然后以制備的電極作為空氣陰極MFC陰極的電極材料。其中碳布電極、膨潤(rùn)土單側(cè)修飾的碳布和膨潤(rùn)土雙側(cè)修飾的碳布為空氣陰極MFC反應(yīng)器1、2和3的生物陰極材料，以考察經(jīng)過(guò)膨潤(rùn)土修飾的電極對(duì)空氣陰極MFC的影響。電池的電壓、極化曲線、功率密度等電化學(xué)參數(shù)的結(jié)果表明反應(yīng)器2的性能最佳，其