氮摻雜碳納米管的制備及其在微生物燃料電池陰極中的應(yīng)用.pdf

1、微生物燃料電池（MFC）是一種利用產(chǎn)電微生物作為催化劑，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，它是微生物與電池技術(shù)相結(jié)合與發(fā)展的產(chǎn)物。它不僅是一種新型的廢水處理工藝，也是一種新型的清潔能源。它的出現(xiàn)對同時(shí)解決水污染及能源問題具有重要意義。
　　目前，由于其輸出功率低、成本高等問題，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，而陰極材料則是影響其制作成本、限制其輸出功率的主要因素之一。針對這一原因，本文先后制備了氮摻雜碳納米管（N-CNT）及金屬復(fù)合碳

2、氮材料（Fe/N/C）兩種廉價(jià)高效的陰極催化劑，并選用性能最高的催化劑組建微生物燃料電池用于結(jié)晶紫染料廢水的處理。
　　本文采用后摻雜法，分別利用硝酸、水合肼對碳納米管進(jìn)行改性，制備出HNO3-CNT、HH-CNT兩種氮摻雜碳納米管。XPS分析證明，HNO3-CNT和HH-CNT中氮元素的摻雜量為2.58％和1.34%。通過CV測試了HNO3-CNT和HH-CNT的電化學(xué)性能，結(jié)果表明兩種氮摻雜碳納米管均表現(xiàn)出良好的氧還原催化性能

3、及穩(wěn)定性能。分別以HNO3-CNT、HH-CNT和CNT三個(gè)不同陰極構(gòu)建MFC，考察其對MFC性能的影響，結(jié)果表明HNO3-CNT和HH-CNT陰極MFC的最大功率密度分別達(dá)912、835 mW/m2，較未處理的CNT陰極MFC的最大功率密度（557 mW/m2）分別提高了63.75%、49.96%，且 HH-CNT、HNO3-CNT陰極 MFC在產(chǎn)電的同時(shí)可以高效降解有機(jī)底物，兩個(gè) MFC中的COD降解均遵循表觀一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

4、>　　分別采用絡(luò)合還原法及熱解法制備出Fe/N/C材料，其中通過熱解法制備的Fe/N/C材料具有更高的氧還原催化性能。實(shí)驗(yàn)考察了熱解法不同制作配比對電極材料性能的影響，結(jié)果分析表明，當(dāng)陰極FeN/C=2/2時(shí)，電池性能最好，最大功率密度及穩(wěn)定輸出電壓分別達(dá)到1868mW/m2、0.744 V，是Pt/C陰極MFC的1.16倍和1.17倍。
　　以FeN/C=2/2為陰極催化劑，構(gòu)建了空氣陰極單室微生物燃料電池系統(tǒng)用以降解結(jié)晶紫廢水