石墨烯在微生物燃料电池产电性能强化中的应用_环境工程.rar

摘 要:微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种将解决环境污染问题与生产清洁能源有机接合起来的新技术，是近年来的研究热点，它能够利用自然界丰富的产电菌作为底物催化剂，通过催化降解有机物，释放电子，将有机质中储存的化学能直接转化为电能．如何实现阳极表面高产电活性微生物的富集生长以及膜内电子高效传递是强化MFC体系产电能力的关键．通过物理化学改性可以明显改善阳极的性能，然而，传统MFC体系的启动是以污水或污泥为接种物，启动周期较长，接种物有机成分较多且组成复杂，因此接种过程容易造成电极材料的污染，影响电极性能．

　　　基于上述考虑，本课题尝试通过真空过滤菌悬液的方式代替传统MFC阳极生物膜生长法直接在阳极基材表面形成导电生物层，并且考察阳极生物膜中掺杂不同量石墨烯对MFC体系产电性能(输出电压，功率密度，内阻等)以及有机质去除率的影响．

　　　主要结论如下：

　　　(1) 采用真空过滤菌悬液制备生物阳极的方式切实可行，且向生物膜中掺杂石墨烯可以缩短MFC体系的启动时间．

　　　(2) 石墨烯的加入有助于微生物的截留，使得生物阳极表面磷脂浓度较高．

　　　(3) 向阳极生物膜中掺杂少量石墨烯能够提高生物阳极的电化学活性，提高体系的库伦效率，然而过量石墨烯的加入反而会影响阳极的产电活性和电子传递效率．

关键词：微生物燃料电池；阳极；石墨烯；生物膜；真空过滤

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 课题研究背景-1

1.1.1 能源危机和环境污染-1

1.1.2 废水处理问题-1

1.1.3 新能源技术-1

1.2 微生物燃料电池-1

1.2.1 MFC工作原理-1

1.2.2 MFC电子传递机制-2

1.2.3 MFC技术优势-3

1.2.4 MFC技术存在的问题-3

1.3 MFC阳极修饰的研究-4

1.4 课题研究意义与展望-5

1.5 主要研究内容-6

第2章 材料与方法-7

2.1 实验材料-7

2.2 主要试剂及仪器-7

2.3 仪器和设备-8

2.4 实验方法-8

2.4.1 生物阳极的制备-8

2.4.2 空气阴极的制备-9

2.4.3 MFC的构建和运行-9

2.4.4 主要分析测试项目及方法-10

第3章 结果与讨论-13

3.1 阳极材料的形貌表征-13

3.2 生物阳极MFC的产电性能-13

3.2.1 输出电压-13

3.2.2 功率密度曲线和极化曲线-14

3.3 电化学表征-14

3.4 阳极生物量-16

3.5 有机质去除率-17

3.5.1 有机质去除率-17

3.5.2 库伦效率-18

第4章 结论与展望-19

4.1 结论-19

4.2 不足之处及未来展望-19

4.2.1 实验不足之处-19

4.2.2 未来展望-19

参考文献-20

致  谢-23