摘要微生物燃料电池（MFC）能同步实现废水处理和能源回收，近来日益受到关注，然而产电功率低、电极材料成本高一直是限制其实际应用的主要瓶颈。本文采用聚苯胺修饰石墨毡阳极，通过在不同反应时间下制备了一系列不同聚苯胺负载石墨毡电极（CF-12/CF-18/CF-24/CF-48）并与未修饰裸电极（CF-0）进行了比较，联用SEM、功率密度曲线、极化曲线、CV、EIS等表征手段，探究聚苯胺修饰石墨毡电极对双室MFC产电性能的影响。研究结果表明在间歇式运行方式下采用铁氰化钾阴极和单一有机底物乙酸钠，采用聚苯胺修饰电极的电池综合性能优于未修饰裸电极，其中采用CF-12的电池的最大功率密度达到502 mw/m2，在MFC中显示出较好的应用潜力。68925

毕业论文关键词  微生物燃料电池  聚苯胺  石墨毡电极   阳极修饰  电化学分析  

毕业设计说明书外文摘要

Title  Polyaniline modified graphene felt electrode and its applications in microbial fuel cells

Abstract

Microbial fuel cells (MFCs) have attracted increasing attentions for its ability to realize wastewater treatment and energy recovery at the same time. However, the considerably low power output and expensive electrode materials restrict their practical applications. In this study, polyaniline modified carbon felt electrodes with various polyaniline loads (CF-12/CF-18/CF-24/CF-48) were prepared and compared with the unmodified electrode (CF-0) for anode in a two-chambered MFC. Scanning electron microscopy, polarization curves, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy were used to characterize the prepared modified electrodes. The MFC performance of the modified electrodes were investigated. The results showed that the maximum power output of MFC equipped with CF-12 elcetrode reached 502 mW/m2 in batch mode operation, indicating good potentials in MFC applications.

Keywords  microbial fuel cell  polyaniline carbon felt electrode  anode modification  electrochemical analysis

目次

1   绪论1

1.1 MFC发展历程 1

1.2 MFC应用. 2

1.3 课题研究背景 2

1.4 本文主要研究内容 5

2实验部分 6

2.1 反应器构型 6

2.2 实验药品和试剂 7

2.3 实验仪器和设备   8

2.4 实验方法 8

3 结果和讨论12

3.1 电极表征12

3.2 MF启动14

3.3 MFC产电性能 15

结论 19

致谢 20

参考文献 21 

1  绪论

21 世纪以来，随着人口大规模增长和工业的急剧发展，人类所面临的能源形势十分严峻，解决能源紧缺和能源开发利用所引起的环境污染问题是可持续发展的关键所在。为了缓解能源需求所带来的压力，兼顾经济增长与环境保护，打破现有的能源格局，大力开发新能源和可再生能源已经成为大势所趋。随着石油和天然气的开采殆尽，太阳能和生物质能将获得迅速发展。因此，化石燃料主导的世界能源体系将被太阳能和生物质能等可再生能源主导的能源体系所替代。在各种新能源中，生物质能的应用价值最为广泛，大力发展生物质能对促进自然生态环境的良性循环发展具有十分积极的意义[1]。微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFC）是一种利用产电微生物将低强度废水和木质纤维素类生物质中有机废物化学能转化为电能的装置，由于其兼具废水利用和能源转化等其他可再生资源无法比拟的优势，近年来已引起广泛的关注[2]。计算表明，有效开发废水中的电能将足以维持一个污水处理厂废水的运转，这在大幅度降低处理成本的同时又为水资源循环利用提供了持续的能量来源，除常规的产电外，还可通过MFC构建生物电化学辅助微生物反应器产氢（BEAMR）[3].此外，微生物燃料电池还被发现可用于生物修复，Gregory和Lovley在完全厌氧的MFC系统中使用阴极恒电位法实现了可溶性U（VI）到U(IV)的还原[4]。然而尽管作为一种新能源微生物燃料电池前景诱人，电极材料造价昂贵、输出功率密度低依然是限制其实际应用的主要瓶颈。阳极作为富集电化学活性微生物和导出电子的载体，是影响双室MFC产电性能的重要组成部分，因此开发具有高性能而又具备性价比的阳极材料是研究的重点[5]。