負載生物質炭溶氧陰極 MFC產電性能研究.pdf

1、微生物燃料電池（MFC）技術是一種利用陽極產電菌為催化劑，通過微生物代謝功能，將產電底物（有機物/無機物）中的化學能轉化為電能的燃料電池技術。該技術具有處理污水的環(huán)境增益效果，同時兼具產電能力，是一種新型清潔環(huán)保技術。MFC由于其原料來源廣泛、運行條件溫和、能量利用高效等特點已成為國內外的研發(fā)熱點。本文針對 MFC系統(tǒng)，選取了3種生物質原料，通過熱解的方式制備了生物質炭材料作為陰極催化劑，并結合物理化學表征手段，對它們的結構及化學組成進

2、行了研究。依據其在溶氧陰極 MFC的產電效果，進一步研究了生物質炭在溶氧陰極 MFC中催化陰極氧還原（ORR）的產電性能，效果良好。
　　本研究主要內容包括：⑴確定了作為MFC陰極催化劑生物質炭的制備方法及最佳溫度。選取富含氮的馬尾藻為原料，在不同溫度（400~800℃）條件下，采用兩步法制備了不同溫度的馬尾藻生物質炭(SAC）催化劑(SAC-400， SAC-600， SAC-800）。結合物理表征、化學表征以及它們在電池中的應

3、用效果，對其性能進行分析。結果顯示：不同制備溫度條件的生物質炭催化劑ORR性能大小依次為：SAC-600＞SAC-800＞SAC-400，表明SAC-600具有更加優(yōu)秀的ORR催化性能， SAC催化劑的最佳制備溫度條件為600℃。⑵研究了3種生物質原料制備MFC陰極生物質炭催化劑的性能及其在空氣陰極MFC系統(tǒng)中的產電效果。在獲得最佳碳化溫度基礎上，選取600℃為制備溫度，以 XC-72R炭黑為對照組，考察了采用兩步法制備馬尾藻生物質炭（

4、SAC），江蘺生物質炭（SGC），青貯能源草生物質炭（SCC）材料催化劑的 ORR性能及其在 MFC系統(tǒng)中的產電特性。結果表明：SAC的最大功率為2.61 W/m3，內阻為200Ω，XC-72R的最大功率為2.17 W/m3，內阻為200Ω，SCC的最大功率為1.83 W/m3，內阻為400Ω， GCC的最大輸出功率為1.35 W/m3，內阻為200Ω。幾種不同生物基催化劑在MFC中的最大功率密度依次為：SAC＞XC-72R＞SCC＞G