微生物燃料電池中離子交換膜的制備和陰極電極的改性.pdf

1、微生物燃料電池利用微生物在處理有機(jī)廢水的同時(shí)產(chǎn)生電能，是一種很有前景的技術(shù)。離子交換膜和陰極電極是MFC的重要組成部分，對(duì)MFC的產(chǎn)電性能有重大影響。本論文中，我們制備了嵌段磺化聚芳醚砜陽離子交換膜、季銨化聚芳醚砜陰離子交換膜和摻雜二氧化錳(MnO2)納米顆粒的陰極電極。
　　制備了一系列具有不同鏈段長度的嵌段磺化聚芳醚砜陽離子交換膜并作為分離膜研究應(yīng)用在MFC中。研究結(jié)果表明:bSPAES膜具有很好的尺寸穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性，尺寸

2、變化各向同性并處于10～20％之間。bSPAES膜的吸水率為36～73％，電導(dǎo)率為81～140mS/cm，而商業(yè)膜ULTREXCMI-7000相同條件下吸水率為25％，電導(dǎo)率僅為20mS/cm。由于在親水磺化部分引入了剛性更強(qiáng)的芴結(jié)構(gòu)，bSPAES膜具有很好的機(jī)械性能，楊氏模量近1GPa。在MFC中運(yùn)行1000h后，bSPAES膜的電導(dǎo)率幾乎沒有變化。在100℃水中浸泡24h測得的水解穩(wěn)定性表明，重量損失僅為1.5至6.3％。MFC的最

3、大功率密度隨鏈段長度的增加而增加，與ULTREXCMI-7000膜相比，bSPAES膜表現(xiàn)出更好的產(chǎn)電性能，并且bSPAES(30/30)膜的最大功率密度達(dá)到705mW/m2。
　　成功制備了一系列基于季銨化聚芳醚砜聚合物陰離子交換膜(QPAES-OH)，其IEC水平通過氯甲基化反應(yīng)時(shí)間控制。通過1HNMR表征了PAESs和CMPAESs聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。IEC控制在1.35～1.73mml/g，對(duì)應(yīng)的QPAES-OH膜的吸水率為

4、12.9～35.9％，電導(dǎo)率為6.5～13.1mS/cm。在80℃水中浸泡24h水解穩(wěn)定性測試結(jié)果表明，重量損失為0.2～3.3％。MFC的最大功率密度隨著IEC的增加而增加，且高于AMI-7001膜(175.3mW/m2)，當(dāng)IEC為1.73mmol/g時(shí)MFC的最大功率密度達(dá)到326.2mW/m2。
　　通過氧化還原反應(yīng)和水熱法制備了三種類型的MnO2納米顆粒（α-、β-、Y-），研究了三類MnO2納米顆粒氧還原反應(yīng)(ORR)