2.1.2  接种培养液 7

2.1.3  实验仪器 8

2.1.4  电极 9

2.1.5 质子交换膜(PEM)的预处理 9

2.1.6 MFC 反应器的构建 10

2.1.7 MFC 的接种与运行 11

2.2  改性碳黑实验方案 11

2.2.1  化学改性碳黑 11

2.2.2  单室电池阴极碳布的处理 12

2.2.3  热处理碳黑 13

2.2.4  硝酸热处理碳黑负载钴氧化物 14

2.3  测试与分析方法 15

2.3.1  电池性能指标 15

2.3.2  表征方法 17

3  结果与讨论 18

3.1 化学改性碳黑的 MFC 性能 18

3.1.1  开路电压 18

3.1.2 阴极材料 CV 曲线 18

3.1.3  交流阻抗法 19

3.1.4 SEM-EDX 分析 20

3.1.5  傅里叶红外光谱 21

3.2 热处理炭的 MFC 性能 22

3.2.1  开路电压 22

3.2.2 阴极材料 CV 曲线 23

3.3 硝酸热处理碳黑负载钴氧化物的 MFC 性能 24

3.3.1  开路电压 24

3.3.2 阴极材料 CV 曲线 26

3.3.3  交流阻抗法 27

3.3.4  傅里叶红外光谱图 27

结论 29

致谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

能源匮乏是影响人们生活方式及社会发展的重要问题。微生物燃料电池 (microbial fuel cell, MFC)装置是由阳极室、外电路和阴极室构成的，在此体系中 活性微生物菌作为阳极室的催化剂，促进储存于无机物或者有机物内的化学能 转换为电能[1]，因而 MFC 被广泛研究。

废水问题是现代社会因不充分的治理而导致的主要问题之一。现代废水治 理技术耗能高且不能回收废水中的有价值的产品。通过微生物燃料电池（MFC） 就可以解决相关问题，因为特定细菌能转移有机物的电能，同时也可以进行废 水处理。面对走向商业化的微生物燃料电池，其局限之一是阴极催化剂较为昂 贵[2]。

对于MFC的研究，阳极室有厌氧环境和好氧环境两种。在阳极室的厌氧环 境下MFC技术能实现污水的处理，在阴极室进行曝气可以实现电子的转移反应。 这样不仅能够处理废水，而且还能够获得电能，应用前景广泛[1]。MFC技术能应 用于生物修复，如将有机物浓度比较高的环境作为阳极，构造MFC，这样就可 以通过微生物的降解实现高浓度有机物的氧化以及分解过程。