PEDOT-MWCNTs復(fù)合阻極在MFC中的產(chǎn)電性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)將傳統(tǒng)的生物降解和電化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，利用微生物作為催化劑將廢水中可生物利用的有機或無機污染物直接轉(zhuǎn)化為電能，同時具備了廢水處理和產(chǎn)能的功能。目前MFC輸出功率密度和庫倫效率較低，限制了該技術(shù)的商業(yè)化和工程實際應(yīng)用。
　　本文從陽極材料選擇和陽極改性出發(fā)，針對目前研究中利用導(dǎo)電高分子復(fù)合物修飾陽極存在的諸如工藝復(fù)雜、易產(chǎn)生有毒物質(zhì)和生物相容性差等問題，利用電化學(xué)方法制備

2、了聚3，4-乙烯二氧噻吩/多壁碳納米管(PEDOT/MWCNTs)復(fù)合陽極，簡化了制備工藝，減少了催化劑及有毒試劑的使用，首次將其應(yīng)用在MFC領(lǐng)域考察電池的產(chǎn)電性能和污水處理效果。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　(1)利用循環(huán)伏安法制備PEDOT/MWCNTs導(dǎo)電復(fù)合物修飾石墨陽極，并應(yīng)用于厭氧流化床微生物燃料電池(AFBMFC)中以考察其產(chǎn)電性能。結(jié)合流化床良好的傳質(zhì)效應(yīng)，PEDOT/MWCNTs復(fù)合陽極表現(xiàn)出良好的MFC產(chǎn)電

3、性能及污水處理效果，復(fù)合陽極MFC的功率密度達(dá)到217.0 mW·m-2，較未修飾空白電極提高74.9％。運行第3天時，MFC中污水的COD去除率達(dá)到96.4％。
　　(2)根據(jù)厭氧流化床的結(jié)構(gòu)特點，研究了多電極AFBMFC的產(chǎn)電性能。在運行周期內(nèi)，雙電極和三電極的AFBMFC功率輸出分別為254.3 mW·m-2和252.1mW·m-2，均比單電極的產(chǎn)電功率高;其中三電極和雙電極均保持了4天的較高產(chǎn)電功率，多電極是MFC反應(yīng)器放

4、大后考慮使用較多的電極方式。實驗結(jié)果表明，碳布表面難以實現(xiàn)PEDOT/MWCNTs聚合物的均勻沉積，制備出高產(chǎn)電性的復(fù)合陽極。
　　(3)將比表面積大的碳刷陽極放入陽極室，接通三個陰極，考察碳刷陽極多電極AFBMFC的產(chǎn)電性能和污水處理能力。碳刷陽極多陰極AFBMFC的輸出功率最大達(dá)到了491.5 mW·m-2，對應(yīng)的表觀內(nèi)阻為305.1Ω，相比于復(fù)合陽極的產(chǎn)電性，電池的功率提高了48.7％，表觀內(nèi)阻降低了72.0％，運行前8天內(nèi)

5、電池均保持800 mV以上的輸出電壓，電池產(chǎn)電穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。若能進(jìn)一步克服實驗中出現(xiàn)的碳纖維凝聚的影響，對將來MFC的放大應(yīng)用及進(jìn)一步提高電池產(chǎn)電功率有重要意義。
　　(4)設(shè)計構(gòu)建了單室型空氣雙陰極MFC裝置，分別考察了碳納米管摻雜含量、支持電解質(zhì)種類和聚合圈數(shù)等制備條件對PEDOT/MWCNTs復(fù)合陽極的電極特性和MFC產(chǎn)電性能的影響。碳納米管含量為10％時，復(fù)合陽極的電化學(xué)活性出現(xiàn)突躍，對應(yīng)電池電壓達(dá)到最大值，為8