微生物燃料电池生物阳极的构建及运行_环境工程.rar

摘 要:微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一种新型绿色能源技术，其最大的优点在于具有废弃物处置和发电的双重功效．但是，输出功率低仍是MFC进行实际应用的限制性因素．阳极生物膜是MFC体系电子输出的源泉，虽然通过物理化学改性可以明显改善阳极的性能，但仍未涉及阳极生物膜自身结构与性能的改造．且阳极生物膜的形成完全处于自发生长状态，结构和产电活性均不可控．本文通过真空过滤菌悬液的方式，在不锈钢网和碳布表面截留微生物直接形成生物阳极，考察两种不同基材生物阳极MFC体系的产电特性和有机质去除情况．

　　　主要研究结果如下：

　　　(1)以真空过滤菌悬液的方式构建阳极可以加速MFC体系的启动，不锈钢网生物阳极MFC体系和碳布-不锈钢网生物阳极MFC体系的启动时间分别为24 h和36 h，与采用传统接种方式的MFC体系相比，启动过程明显加快．

　　　(2)与碳布-不锈钢网生物阳极相比，双层不锈钢阳极截留微生物较多，运行初期体系输出电压较高，但产电不稳定；碳布-不锈钢网生物阳极MFC体系产电较低，但运行较为稳定．

　　　(3)与不锈钢网生物阳极相比，碳布-不锈钢网生物阳极的电化学活性更高，阳极反应活性更高，且电极表面能够参与电子传递的电化学活性物质种类和浓度较高．

　　　(4) MFC体系的COD去除率均高于90%，但体系的CE仍较低．

关键词：微生物燃料电池；阳极；启动时间，功率密度，有机质去除率

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 课题研究背景-1

1.1.1 能源危机和新能源-1

1.1.2 水资源短缺和水体污染-1

1.2 微生物燃料电池简介-1

1.2.1 MFC的基本原理-1

1.2.2 MFC的电子传递机制-2

1.2.3 MFC的技术优势-2

1.3 MFC阳极改性的研究进展-3

1.3.1 阳极对MFC的影响-3

1.3.2 碳材料-3

1.3.3 非碳类阳极材料-4

1.3.4 阳极改性-4

1.4 课题研究意义与目的-5

1.5 主要研究内容-5

第2章 材料与方法-7

2.1 实验材料-7

2.1.1 实验材料-7

2.2 主要试剂及仪器-7

2.2.1 主要试剂-7

2.2.2 主要仪器及设备-8

2.3 实验方法-8

2.3.1 产电微生物的培养-8

2.3.2 阳极的构建方法-8

2.3.3 空气阴极的制备-8

2.3.4 MFC的启动运行-9

2.4 主要分析测试项目及方法-10

2.4.1 功率密度曲线和极化曲线[32]-10

2.4.2 循环伏安曲线测试-10

2.4.3 塔菲尔曲线测试-10

2.4.4 COD测试-10

2.4.5 库伦效率的计算-11

第3章 结果与讨论-13

3.1 阳极材料的表征-13

3.2 MFC的产电特性-13

3.2.1 输出电压-13

3.2.2 极化曲线和功率密度曲线-14

3.3 生物阳极的电化学表征-15

3.3.1 CV曲线-15

3.3.2 Tafel曲线-15

3.4 COD去除率及库伦效率-16

第4章 结论-19

参考文献-21

致  谢-25