光催化-微生物降解直接耦合燃料电池降解4-氯酚和产电特性研究

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1、分类号：X703单位代码：10183研究生学号：2014644022密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）光催化-微生物降解直接耦合燃料电池降解4-氯酚和产电特性研究4-CPdegradationandelectricitygenerationcharacteristicsinanintimatelycoupledphotocatalyticandmicrobialfuelcell作者姓名：马冬梅类别：工程硕士领域（方向）：环境工程指导教师：邹东雷教授合作导师：肖尊东正高级工程师培养单位：环境与资源学院2017年5月光催化-微生物降解直接耦合燃料电池降解

2、4-氯酚和产电特性研究4-CPdegradationandelectricitygenerationcharacteristicsinanintimatelycoupledphotocatalyticandmicrobialfuelcell作者姓名：马冬梅领域（方向）：环境工程指导教师：邹东雷教授合作导师：肖尊东正高级工程师类别：工程硕士答辩日期：2017年5月26日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性

3、使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的

4、《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：▇硕士□博士学科专业：环境工程论文题目：光催化-微生物降解直接耦合燃料电池降解4-氯酚和产电特性研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市解放大路2519号吉林大学前卫北区理化楼（130012）作者联系电话：18744026594摘要摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell,MFC）在废水资源化方面具有公认的潜力，但是具有只

5、能利用和转化易生物降解有机底物的局限。光催化燃料电池（Photofuelcell,PFC）可利用底物范围广泛，但是产电能力与MFC相比很低。针对以上科学问题，论文以光催化-生物降解直接耦合理论为基础，提出MFC和PFC组合构建光催化-微生物降解直接耦合的燃料电池（PMFC）。首先，制备了对对氯苯酚（4-CP）具有良好光降解能力的Ag-TiO2可见光响应催化剂。在水热温度为130℃，水热时间为5h的优化条件下，Ag-TiO2在5h对4-CP的去除率可达到～90%。对Ag-TiO2进行表征，发现其具有明显的可见光吸收能力，TiO2晶体形态以锐钛矿为主。其次，成功

6、构建了光催化-生物降解直接耦合阳极。采用酒精分散法将Ag-TiO2纳米材料均匀负载于多孔泡沫碳上制备光电极，电镜观察表明泡沫碳多孔孔道被完好地保存。基于电解液类别与浓度选择研究，确定电解液为50mmol/L硫酸钠，Ag-TiO2光电极在5h对4-CP的降解效果可达到57%。随后以负载Ag-TiO2的电极启动燃料电池，在无光照条件下培养阳极呼吸菌，经7天后得到稳定的输出电压，表明PMFC阳极微生物培养成功。系统探讨了PMFC对4-CP的降解效率和产电性能，并与MFC和PFC进行了直接对比。PMFC在4-CP的降解效率方面具有显著优势，8h对4-CP的去除率达到

7、50%，比PFC提高～10%，比MFC提高～40%。PMFC的最大功率密度为910mW/m2，可达到PFC和MFC之和的1.1倍。阻抗分析表明其PMFC阳极的内阻小，这与半导体材料负载和较好的阳极呼吸菌活性有关。循环伏安曲线分析表明，PMFC氧化还原电流峰值为MFC的2倍左右，出峰位置在-0.217Vvs.SHE，表明细胞色素C对电子的传递起到了关键作用。研究发现，15mg/L的4-CP能够对阳极微生物的稳定性产生明显的抑制作用。MFC的微生物产电能力逐渐下降，然而，PMFC中由于Ag-TiO2的光催化作用降低了氯酚的抑制性，产电能力能够维持。多重荧光染色、

8、扫描电镜和透射电镜分析进一步表明PMFC阳极的微生物