基于石墨烯修飾電極的微生物燃料電池處理含Cu(Ⅱ)廢水的研究.pdf

1、微生物燃料電池（MFC）能夠利用自然環(huán)境中的微生物，將有機質中的生物能轉化為電能，并且能夠產(chǎn)生H2，CH4等能源物質，是一種集產(chǎn)電，產(chǎn)能和降解于一體的污水處理技術。但是由于其高昂的造價等問題使得MFC的實際應用還有一段路要走，而尋找到貴金屬Pt催化劑的替代品就是其中的重要解決途徑。石墨烯的高比表面積，高電子轉移率等這些性能十分有利于微生物在MFC陰陽極的附著。生物陰極相較于非生物陰極在造價，環(huán)境友好方面有不可比擬的優(yōu)勢。因此，關于生物陰

2、極的研究也是一個重點。
　　本研究把石墨烯應用到MFC中，為提高產(chǎn)電效率，降低成本找到一條新的途徑。本實驗采用更簡單高效的單室MFC，陰極采用生物陰極。
　　以未改性石墨烯和鉑碳作為單室MFC的陰極催化劑，處理模擬含銅廢水。結果表明，未改性石墨烯作為陰極催化劑時的電壓、功率密度、耐受Cu(Ⅱ)濃度都遠遠低于鉑碳。則其不適合直接作為MFC的陰極催化劑。
　　通過熱聚合法對石墨烯進行改性摻雜Fe和N，然后將改性后的石墨烯作

3、為MFC的陰極催化劑來處理模擬含銅廢水。結果顯示，改性石墨烯作為微生物燃料電池陰極催化劑時Cu(Ⅱ)的去除率在98.5％以上，效果較鉑碳稍好，遠遠高于未改性的石墨烯，且反應器對銅的耐受程度也較鉑碳稍高，遠遠高于未改性石墨烯。改性石墨烯作為微生物燃料電池催化劑時，輸出電壓和最大功率密度為0.56V和34.38W/m3，稍高于鉑碳。且改性石墨烯反應器的CV圖的響應電流較鉑碳大，改性石墨烯具有更高的電子傳遞速率，導電性能更好。從處理銅的研究中

4、看，改性后的石墨烯可以替代鉑碳作為MFC的陰極催化劑。且改性石墨烯的造價較鉑碳低的多，這大大降低了MFC的應用成本。
　　通過Illumina高通量測序對陰陽的微生物進行分析。得知，樣品的種群受到催化劑的影響，微生物種群隨著催化劑材料不同有一定的差異，產(chǎn)電菌屬主要以Geobacter sp.為主。銅濃度對微生物的種群影響較大，高濃度銅的狀態(tài)下微生物的多樣性比較低。Azoarcus菌屬有利于銅的去除有一定的影響，反應器存在有脫硫有關