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乙酸盐型微生物燃料电池阳极优化及产电性能研究

作　者: 赵博
导　师: 钟胜奎
学　校: 桂林理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 石墨烯微生物燃料电池 pH 表面活性剂阴极氧还原
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

人类社会赖以生存和发展最重要的物质基础是能源。目前随着人类的发展，不可再生资源的利用，环境污染日益严重，寻找可再生新能源以及有效治理环境污染已经成为全人类共同关注的问题。所以，把有机废弃物如何持续有效地转换成能够被人类利用的资源，对于我国社会可持续发展甚至是全人类来说都有着重要的作用和意义。本课题在乙酸盐型单室空气阴极微生物燃料电池（MFC）的基础上，进行了阳极优化以及产电研究。（1）成功进行了阳极优化，培养和启动微生物菌/还原石墨烯阳极生物膜结构的电池，证明微生物菌/还原石墨烯阳极生物膜结构有利于MFC产电，MFC功率密度可达1905±80mWm^-2，同时库伦效率（CE）也从30%提高到54%。（2）为了提高MFC产电性能，本实验对阳极pH、添加表面活性剂以及阴极氧还原电催化活性做了研究。结果表明：①在pH=9条件下MFC获得最大功率密度为1170±58mWm^-2（阳极膜表面积为7.0cm²），电流密度为0.18mAcm^-2，相比较pH=9时的功率密度pH=7和pH=5时分别下降了29%和89%。因此，要提高电池产电性能在碱性（pH=9.0）条件下可实现。②添加表面活性剂发现，三种离子表面活性剂对微生物燃料电池产电性能都有抑制作用，在添加两性离子表面活性剂条件下比添加阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂条件下获得更优的功率密度和电流密度等参数，说明两性离子表面活性剂对MFC产电影响较小，而阴、阳两种离子表面活性剂对MFC产电影响较大。因此，添加表面活性剂不能够提高电池产电性能，此方法不可行。③在单室空气阴极MFC中通入氧气对阴极氧还原的电催化活性有一定的促进作用；通入氧气的时间越长，氧气浓度越大，MFC阴极氧还原活性越强；在碱性（pH=9.0）条件下氧气对MFC阴极氧还原效果更好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-17
  1.1 引言  8-9
  1.2 MFC阳极材料的研究进展  9-12
    1.2.1 阳极对MFC的影响  9
    1.2.2 阳极材料  9-12
  1.3 微生物燃料电池  12-17
    1.3.1 微生物燃料电池的原理及优点  12-13
    1.3.2 微生物燃料电池的分类  13-15
    1.3.3 微生物燃料电池的发展方向  15-17
第二章研究内容及方法  17-19
  2.1 研究目的  17
  2.2 研究内容及创新点  17-18
    2.2.1 研究内容  17
    2.2.2 本文创新点  17-18
  2.3 技术路线  18-19
第三章石墨烯阳极MFC系统构建与运行  19-31
  3.1 引言  19-20
  3.2 材料与方法  20-22
    3.2.1 氧化石墨烯的制备  20
    3.2.2 微生物燃料电池的构建与运行  20-21
    3.2.3 微生物菌/还原石墨烯阳极生物膜的构建  21
    3.2.4 微生物法还原石墨烯的结构表征  21
    3.2.5 电化学测定方法  21-22
  3.3 结果与讨论  22-29
    3.3.1 微生物菌/还原石墨烯阳极膜的构建和特性  22-24
    3.3.2 微生物菌/还原石墨烯结构胞外的电子传递  24-25
    3.3.3 微生物菌/还原石墨烯结构电子传递动力  25-28
    3.3.4 微生物菌/还原石墨烯结构对MFC产电性能的影响  28-29
  3.4 本章总结  29-31
第四章 PH值对MFC阳极菌群及产电性能的影响  31-41
  4.1 前言  31
  4.2 材料与方法  31-33
    4.2.1 MFC的构建与运行  31-32
    4.2.2 测量方法  32-33
    4.2.3 扫描电镜（SEM）  33
  4.3 结果与讨论  33-40
    4.3.1 不同pH条件下MFCs的产电性能  33-34
    4.3.2 循环伏安法表征MFC阳极生物膜  34-37
    4.3.3 阳极生物膜电化学动力学  37-39
    4.3.4 阳极生物膜的扫描电镜（SEM）图像  39-40
  4.4 本章总结  40-41
第五章添加表面活性剂对MFC产电性能的影响  41-47
  5.1 前言  41-42
  5.2 实验材料与方法  42
    5.2.1 电池的组建与运行  42
    5.2.2 实验材料  42
    5.2.3 实验方法  42
  5.3 结果与讨论  42-46
    5.3.1 表面活性剂对电池产电性能的影响  42-45
    5.3.2 表面活性剂对阳极生物膜的影响  45-46
  5.4 本章总结  46-47
第六章 MFC阴极氧还原电催化活性的研究  47-53
  6.1 前言  47
  6.2 实验材料与方法  47-49
    6.2.1 电池的组建与运行  47-48
    6.2.2 实验材料  48
    6.2.3 实验方法  48-49
  6.3 结果与讨论  49-52
    6.3.1 CV表征阴极氧还原的电催化活性  49-51
    6.3.2 不同pH条件对阴极氧还原活性的影响  51-52
  6.4 本章总结  52-53
第七章全文结论及展望  53-55
  7.1 全文结论  53
  7.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-62
作者简介、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  62

乙酸盐型微生物燃料电池阳极优化及产电性能研究

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