石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究

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1、分类号:X510710-2013229017专业硕士学位论文石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究周扬导师姓名职称杨胜科教授专业学位类别申请学位级别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2015年4月15日论文答辩日期2015年6月4日学位授予单位长安大学StudyonGrapHene/PolyanilinemodifiedelectrodeApplicationofdoublechambermicrobialfuelcellsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Zhou

2、YangSupervisor：Prof.YangShengkeChang’anUniversity,Xi’an,China摘要微生物燃料电池（MFCS）作为一种新型的新能源技术，通过利用微生物的催化作用，将有机物中的化学能直接转变为电能。这样既能够处理污水中的有机物，又能够产电，为解决能源危机和环境水体污染提供了新的方向。目前，微生物燃料电池仍处于初级阶段，这项技术仍存在的许多缺陷。如何提高反应器的产电性能，仍是困扰大部分研究者的难题。因此，如何通过对阴阳极材料的修饰改性，从而降低整个反应器阴阳极电极过电势，进一步优化提升MFC的产电性能尤其重要。十二烷

3、基苯磺酸钠（LAS）是一种表面活性剂，作为洗涤类用品的重要原料LAS被大量运用并排入水体。本论文以双室MFC为研究基础，从阴阳极材料改性方面对微生物燃料电池进行优化，探讨了以石墨烯聚苯胺作为修饰材料，电化学沉积法为修饰手段，进行阴阳极修饰改性，并且研究了改性后的电极对微生物燃料电池产电性能和对LAS降解性能的影响。具体来说本论文得出以下结论：（1）电化学沉积法制备石墨烯聚苯胺修饰的电极本章研究了电化学制备石墨烯聚苯胺修饰电极的效果。首先研究不同浓度的苯胺单体在制备石墨烯聚苯胺修饰的电极的影响。接着比较不同pH体系下制备石墨烯聚苯胺修饰电极的效果。用电化学

4、法研究比较了上述制备方法制备出的电极在导电性能上的差异，结果表明苯胺单体浓度为0.15mol/L时，制备的电极导电性能最优。pH=6的条件下制备的电极比其他pH体系下制备的电极导电性好。（2）基于石墨烯聚苯胺修饰电极对MFCs产电性能的影响本章主要研究了电极修饰对微生物燃料电池产电性能的影响。通过对阴阳极电极材料修饰，分别研究了阴极修饰对微生物燃料电池产电性能的影响和阳极修饰对微生物燃料电池产电性能影响。分别以石墨烯、聚苯胺和石墨烯聚苯胺修饰的电极为阴极，不锈钢丝网为阳极，构建双室微生物燃料电池，研究结果发现石墨烯修饰MFCs、聚苯胺修饰-2MFCs、石

5、墨烯聚苯胺修饰MFCs的最大功率密度分别为171.70mW·m、137.28-2-2mW·m、223.26mW·m，相对于未修饰的电池，最大功率密度提高了74.3%、40%和126%。其中聚苯胺石墨烯修饰的MFCs的放电周期最长，达到了37.5h，I连续三个周期的时间约为120h。分别以石墨烯、聚苯胺和石墨烯聚苯胺修饰的电极为阳极，不锈钢丝网为阴极，构建双室微生物燃料电池，研究结果发现石墨烯修饰MFCs、聚苯胺修饰-2MFCs、石墨烯聚苯胺修饰MFCs的最大功率密度分别为135.67mW·m、120.60-2-2mW·m、156.00mW·m，相对于未修

6、饰的电池，最大功率密度提升了18%、5%和35%。（3）微生物燃料电池对十二烷基苯磺酸钠的降解性能研究首先比较了阴阳极同时修饰MFCs与阴极修饰MFCs和阳极修饰MFCs的产电性能和对十二烷基苯磺酸钠去除率的影响。其中阴阳极同时修饰MFCs的-2去除率为69.33%，库仑效率为9.1%，最大功率密度为124.84mW·m，相比于其它两个反应器有了显著的提高。接着，研究了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠对MFCs产电性能的影响。结果表明，1000mg/L的浓度下，MFCs的产电性能最佳。关键词：微生物燃料电池、石墨烯/聚苯胺、修饰电极、十二烷基苯磺酸钠IIAbs

7、tractMicrobialfuelcells(MFCS)isanewenergytechnology.Byutilizingthemicrobialcatalysisitturnschemicalsenergyoforganismdirectlyintoelectricity.Itononehandcandealwiththeorganisminthesewage,ontheotherhandalsoproduceselectricity,whichprovidesanewperspectiveofsettlingenergycrisisandwate

8、rpollution.Atpresent,theMFCSisstillinthe