原位生長(zhǎng)碳納米管及其改性復(fù)合材料的微生物燃料電池產(chǎn)電性能研究.pdf

1、本文首先選取碳?xì)?CF)作為制備復(fù)合陽(yáng)極材料的基體，利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在碳纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管(CNTs)，并以此作為主體材料，之后均在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步改性。實(shí)驗(yàn)所制備改性復(fù)合材料的表征分析包括掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、能量色散X射線(EDX)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)，運(yùn)用循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)阻抗法(EIS)對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和分析，并研究改性材料應(yīng)用于微生物燃料電池(MFC)陽(yáng)極的

2、產(chǎn)電特性。
　　MFC外電路連接2500Ω電阻，數(shù)據(jù)采集器的采集頻率設(shè)置為1000 Hz，陽(yáng)極室有效容積約120 mL，陽(yáng)極和陰極電極的有效表面積分別為25 cm2和45 cm2，陰極液為50mmol·L-1 K3[Fe(CN)6](pH=7)磷酸鹽緩沖體系。通過對(duì)不同溫度和濃度下的COD去除率分析，確定裝置最佳運(yùn)行條件為:pH=7、溫度38℃和陽(yáng)極初始COD濃度約1500 mg·L-1。另外，由于MFC連續(xù)運(yùn)行一星期后其產(chǎn)電水平

3、和基質(zhì)濃度會(huì)大幅下降，并且穩(wěn)定在一個(gè)很低的值。因此，為了恢復(fù)微生物活性和產(chǎn)電能力，設(shè)定7天更換一次營(yíng)養(yǎng)液，研究在一個(gè)微生物間歇周期內(nèi)的MFC產(chǎn)電性能。
　　本實(shí)驗(yàn)針對(duì)主體材料總共制備了5種改性電極，其中涉及的方法包括聚乙烯醇(PVA)開口修飾處理、配制納米級(jí)ZnO和納米級(jí)SnO2溶膠分別進(jìn)行負(fù)載以及原位聚合聚苯胺(PANI)添加與不添加石墨烯(G)。在產(chǎn)電特性和電化學(xué)性能上，改性電極相比主體材料均有不同程度的提高，其中石墨烯/聚苯

4、胺復(fù)合電極的產(chǎn)電功率密度最高，可達(dá)165.89mW·m-2，表觀內(nèi)阻最小僅206Ω，最高電壓0.687 V，平均電壓0.4 V，COD去除率近81％，庫(kù)倫效率約5.7％。其循環(huán)伏安測(cè)試也表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性和一定的氧化還原性能，根據(jù)電化學(xué)阻抗測(cè)試得到的奈奎斯特曲線選擇相應(yīng)的等效電路進(jìn)行擬合分析，其歐姆內(nèi)阻僅2.5Ω，電荷轉(zhuǎn)移電阻18.9Ω，同時(shí)石墨烯能增強(qiáng)復(fù)合電極的電容性，此外，其它復(fù)合電極也體現(xiàn)出較好的綜合特性?？傮w分析得出，改性之后的