石墨烯修饰阳极微生物燃料电池抗菌性及产电性能研究

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1、硕士学位论文石墨烯修饰阳极微生物燃料电池抗菌性及产电性能研究作者姓名陈洁学科专业环境工程指导教师胡勇有教授所在学院环境与能源学院论文提交日期2015年5月Antibacterialactivityandpowergenerationofmicrobialfuelcellswithgraphene-modifiedanodesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenJieSupervisor：Prof.HuYongyouSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：X7

2、03学校代号：10561学号：201220117633华南理工大学硕士学位论文石墨烯修饰阳极微生物燃料电池抗菌性及产电性能研究作者姓名：陈洁指导教师姓名、职称：胡勇有教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：环境工程研究方向：水污染控制与给水技术论文提交日期：2015年5月5日论文答辩日期：2015年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2015年6月30日答辩委员会成员：主席：尹华委员：冯春华吴纯德邹定辉李筱琴华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其•他个人或集体己经

3、发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：商、泠曰期：年<月d曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在____年解密后适用本授权书

4、。4保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“十）日期〇厂4作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编):摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell，简称MFC）能同时进行废水处理和产电，是近年来环境保护和能源领域的一项新兴技术。目前，限制MFC应用的瓶颈主要是产电低和造价高，而电极材料是决定MFC产电性能和成本的关键因素。研究表明，新兴材料石墨烯具有优异的物理化学特性，将其用于修饰MFC的电极能显著提升产电性

5、能并降低制备成本。然而，石墨烯的抗菌性已被研究所证实，其修饰电极在MFC中必然会对电化学活性菌产生影响。为此，本研究探索了石墨烯修饰阳极（GMAs）与阳极电化学活性菌的相互作用关系，探明了GMAs对阳极电化学活性菌的抗菌性，并进一步考察了GMAs抗菌性对MFC产电性能的影响，为发展石墨烯修饰电极MFC奠定基础。本研究采用improvedHummers法制备了氧化石墨烯，XRD，Raman，TEM和AFM分析结果显示所制备的氧化石墨烯氧化程度高，是具有少量褶皱的少层片状结构。采用循环伏安电沉积法还原方法制备三种不同石墨烯负载量的电极：5-G，20-G和40-G。Raman和FESEM测试分析表明

6、氧化石墨烯成功还原为石墨烯并均匀沉积在电极表面。电化学测试结果表明，GMAs的极化阻抗（Rct）明显比空白电极降低，电子传递性能显著增强。CV测试结果表明，接种ShewanellaoneidensisMR-15h后，GMAs的电化学活性低于空白电极，运行时间增加至18h，GMAs电化学活性逐渐上升，并于30d后明显高于空白电极。CLSM测试结果表明，随运行进程，电极表面生物膜厚度逐渐增大。在接种5h后，GMAs表面生物膜活菌比低于空白电极，18h后，生物膜活菌比显著增大并明显超过空白电极。GMAs电化学活性和生物膜活菌比随时间变化的原因是由于生物膜成熟后，包裹在胞外聚合物内的细菌可大量避免石墨

7、烯的抗菌性影响，且生物膜内部的细菌可以通过胞外聚合物或者纳米导线进行远距离电子传递。为进一步考察GMAs抗菌性对MFC产电性能的影响，研究了GMAs-MFC的产电性能。相比于空白电极，GMAs可显著降低阳极极化损失，提高MFC电压输出和功率密度，产电稳定时间缩短了27%。在运行初期GMAs对微生物的抗菌性并未对MFC产电性能造成负面影响，阳极石墨烯负载量越大，MFC的最大功率密度越高。关键词：抗菌