微生物燃料电池电极材料的优化及处理生活污水的实验研究

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1、分类号：X787密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：微生物燃料电池电极材料的优化及处理生活污水的实验研究英文题目：Theoptimizationofmicrobialfuelcellelectrodematerialsandtheexperimentalresearchonthetreatmentofdomesticsewage学位类别：硕士研究生姓名：张婷婷学号：201202188学科(领域)名称：市政工程指导教师：韩剑宏职称：教授协助指导教师：高湘职称：副教授2015年6月5日内蒙古

2、科技大学硕士学位论文摘要随着全球性经济快速发展，能源短缺和环境污染问题成为了限制社会发展的关键性因素。而一种新型的废物资源化方式-微生物燃料电池（MFC），已经渐渐为研究者所青睐，以期待能为资源化短缺的今天有所作为。就目前存在的微生物燃料电池而言，存在构型过小难以几何放大，催化剂成本高，离子交换膜价格昂贵，产电量较小等问题。本课题主要以双室微生物燃料电池为研究对象，选用低价位催化剂修饰电极材料来提高微生物燃料电池的产电性能，并研究其处理生活污水的性能。通过掺铅二氧化锰对MFC阴极材料进行修饰表明：与MnO2修饰

3、的阴极对比，功率密度提高了45.99%，表观内阻降低了42.8Ω，电压提高了62mV，最大电压可达448mV，不但提高了微生物燃料电池氧化还原电位的催化效果，而且也提高了产电效率。相比于Pt/C修饰，性能虽有差距，但降低了运行成本，便于实际投入运行。MFC的阳极经过聚苯胺掺中性红修饰后，最大电压可达459mV，电压提高了51mV，功率密度提升了19.97%，表观内阻减小了32Ω。电池的最大功率密度可达到为2019.35mW/m3，电池的启动时间缩短了57h，库仑效率提高24.71%。在对生活污水的处理方面，CO

4、D的去除速率也明显提高，最大COD去除速率达到93.6%。实验结果证明了PANI/NR修饰MFC阳极可增强阳极的生物兼容性和电子转移速率，并且减少电池的启动时间，具有一定的实际意义。MFC阳极对生活污水去除效果及产电性能的研究表明：当COD初始浓度532.47mg/L时，MFC的电压最大为432mV，当初始COD的浓度为768.61mg/L时，最大电压所持续的时长最长为193h，而较低的初始COD浓度对MFC库伦效率和COD去除率的影响较小。当水力停留时间为8h，MFC的COD和氨氮去除率均达到最大，分别为82

5、.40%和78.35%，功率密度和库伦效率均达到最大，分别为2252.67mW/m3和29.27%。上述结果表明MFC电极材料通过修饰后可提高其产电性能，利用MFC可实现生活污水处理的同时产生电能，为将来的实际应用提供了一定的参考价值。关键词：微生物燃料电池；阳极；电压；水力停留时间I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractWithrapiddevelopmentofglobaleconomyinrecentyears,theenergyshortageandenvironmentalpollutionpro

6、blemhavebecomeanincreasinglyimportantfactortolimitsocialdevelopment.Microbialfuelcellisabrandnewwayofmakingwasterecycling,whichhasbeenfavoredcontinuouslybyresearchers.Ithasbeenconsideredtomakeadifferenceinresourceshortagesinthefuture.Atpresent,intermsofthemi

7、crobialfuelcell,therearesomeproblems.Forexample,configurationistoosmalltomagnifygeometricalandion-exchangemembraneisexpensiveandelectricityproductionislowandsoon.Dual-chambermicrobialfuelcellswasconsideredastheobjectoftheresearchbyusingcheapprotonexchangeint

8、hispaper,inordertoimprovethelectricityproductionperformanceofMFCbymodifiedelectrodeandstudiedtreatmentofdomesticwasterwater.WithPb-MnO2catalyzedMFCcathode,thepowerdensityhasimproved45.99%,theres