微生物燃料電池陽極材料及其性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是以微生物為陽極催化劑，將有機污水中的化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。對于解決當今世界存在的能源危機和環(huán)境污染問題具有重要的理論價值和廣泛的應(yīng)用前景。
　　陽極材料和結(jié)構(gòu)是影響MFC性能的一個重要因素，具體表現(xiàn)在其影響細菌吸附、電子傳遞、基質(zhì)氧化等。目前最常用的陽極材料有碳、石墨等材料。為了進一步提高MFC的性能，電極材料的改性和修飾成為目前研究的熱點。
　　本文針對制備修飾陽極材料存在的制備時間長、工藝復(fù)雜

2、、實際應(yīng)用性能較差、制備成本較高等缺點，分別采用恒電位法和循環(huán)伏安法在石墨棒表面電沉積聚苯胺/碳納米管(PANI/MWNT)復(fù)合膜材料，考察了不同的膜陽極厭氧流化床微生物燃料電池(AFBMFC)的性能。主要實驗結(jié)論如下：(1)利用電化學法制備PANI/MWNT復(fù)合膜修飾的石墨棒陽極是一種有效的電極制備方法。恒電勢法最適宜聚合時間在250～300 s，而利用循環(huán)伏安法制備的適宜條件是1 mol·L-1的鹽酸和0.1 mol·L-1的苯胺為

3、電解液，電沉積20～30圈。(2)陽極中摻雜少量MWNT即可大幅度提高電池的輸出電壓，利用恒電勢法制備的5wt.％PANI/MWNT膜陽極性能最好，最大電壓達到926.5 mV，最大功率密度為112.3 mW·m-2(陽極面積)，且復(fù)合膜電極使得AFBMFC啟動時間縮短，電池產(chǎn)電穩(wěn)定性提高。5 wt.％MWNT含量下，利用循環(huán)伏安法循環(huán)24圈時制備的PANI/MWNT膜陽極最大輸出電壓為967.7 mV，連續(xù)4天維持在950mV左右，運

4、行一個周期后COD去除率達到95.3％。
　　另外，本文選取了一側(cè)涂有炭黑的碳布、泡沫銅和碳纖維刷三種材料作為AFBMFC的陽極，對比考察了三種陽極AFBMFC的性能。主要發(fā)現(xiàn)如下：(1)在啟動前對三種陽極進行微生物預(yù)掛膜可以明顯的縮短AFBMFC的啟動時間，且掛膜后的陽極出現(xiàn)明顯的氧化還原峰，說明了微生物催化活性物質(zhì)的存在。(2)碳纖維刷陽極AFBMFC的輸出電壓最大，約為907.4 mV，輸出功率為222.2 mW·m-2，運