学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

化学活化石墨用于微生物燃料电池电极材料的研究

作　者: 李冬梅
导　师: 张乐华
学　校: 华东理工大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 微生物燃料电池化学活化石墨电化学性能表面官能团表面润湿性
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 213次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)是一种利用微生物作为催化剂将化学能直接转变为电能的装置。本研究利用电化学和分析化学等研究方法和手段,研究了以磷酸、硝酸、尿素、三聚氰胺或者氯化锌为活化剂的化学活化石墨的表面特性,考察了利用化学活化石墨材料分别作为MFCs阴极和阳极的可行性,及对MFCs产电特性的影响。化学活化方法能够影响石墨电极的电化学氧还原性能,尤其是磷酸活化与硝酸活化对石墨电极的氧还原性能具有显著提高的作用。经活化的石墨材料表面官能团的数量和种类都发生了一定程度的变化：磷酸和硝酸活化石墨材料表面的含氧官能团明显增加,而且前者还引入了含磷官能团；三聚氰胺及尿素活化石墨材料表面引入了含氮官能团。经活化的石墨材料表面润湿性以及比表面积等表面特性也有一定的改变。利用磷酸活化石墨作为微生物燃料电池的阴极,测定了MFC产电性能和COD去除率。结果表明,磷酸活化阴极微生物燃料电池的最大功率密度可达7.92W/m3,为未活化石墨阴极微生物燃料电池的3.4倍；而且磷酸活化石墨阴极MFC的COD去除率也得到了明显提高。分析表明,这主要是由于磷酸活化石墨表面含氧官能团的增加和含磷官能团的引入以及表面润湿性的增强造成的。磷酸活化石墨可以作为一种高效而且廉价的MFC阴极材料。化学活化石墨电极作为阳极材料对MFCs的产电性能也有重要影响。经研究表明,三聚氰胺、尿素或者氯化锌活化石墨用于MFCs阳极,可以明显提高MFCs的输出电压和产电功率,减小电池内阻,从而改善了MFCs的产电性能。其中,三聚氰胺活化阳极MFC的功率密度最大(0.442W/m3),较未活化阳极MFC(0.349W/m3)提高了26.8%。分析表明,活化石墨表面含氮官能团的引入可以提高电子的传递能力,表面润湿性的增加可以增强微生物的附着能力,从而能够提高MFCs的阳极性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 前言  10
  1.2 微生物燃料电池  10-14
    1.2.1 微生物燃料电池的工作原理  10-11
    1.2.2 微生物燃料电池的分类  11-12
    1.2.3 微生物燃料电池性能评价指标  12-13
    1.2.4 微生物燃料电池的特点及研究现状  13-14
  1.3 微生物燃料电池电极的研究进展  14-16
    1.3.1 微生物燃料电池的阳极  14-15
    1.3.2 微生物燃料电池的阴极  15-16
  1.4 碳基电极材料活化方法及其表征  16-19
    1.4.1 石墨材料的性质  16
    1.4.2 碳基材料的表面改性  16-17
    1.4.3 改性碳基材料表面官能团  17-18
    1.4.4 碳基材料性质的表征  18-19
  1.5 课题研究的目的、意义和内容  19-21
    1.5.1 研究目的和意义  19
    1.5.2 研究方案与内容  19-21
第2章石墨材料的表面活化及表征  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 实验部分  21-22
    2.2.1 石墨材料表面活化  21
    2.2.2 电化学测试  21-22
    2.2.3 活化前后石墨材料表面特性的表征  22
  2.3 结果与讨论  22-35
    2.3.1 活化石墨的电化学氧还原性能  22-28
    2.3.2 电极材料表面SEM-EDS分析  28-31
    2.3.3 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析  31-33
    2.3.4 接触角的测定  33-34
    2.3.5 比表面积的测定  34-35
  2.4 小结  35-37
第3章化学活化石墨材料用于微生物燃料电池阴极的研究  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-42
    3.2.1 化学活化条件及方法  37-38
    3.2.2 微生物燃料电池的构建  38-40
    3.2.3 微生物燃料电池阴极性能的测定  40-41
    3.2.4 COD的去除  41-42
  3.3 结果与讨论  42-47
    3.3.1 极化曲线和功率密度曲线  42-45
    3.3.2 阳极COD的去除  45-47
    3.3.3 石墨电极表面特性与MFC阴极材料性能的关系  47
  3.4 小结  47-49
第4章化学活化石墨材料用于微生物燃料电池阳极的研究  49-55
  4.1 引言  49
  4.2 实验部分  49-51
    4.2.1 石墨活化方法  49
    4.2.2 活化石墨阳极MFCs性能的测定  49-51
  4.3 结果与讨论  51-54
    4.3.1 极化曲线  51-52
    4.3.2 功率密度曲线  52-53
    4.3.3 石墨电极表面特性与MFC阳极材料性能的关系  53-54
  4.4 小结  54-55
第5章结论与展望  55-57
  5.1 结论  55
  5.2 展望与建议  55-57
参考文献  57-64
致谢  64-65
附录  65

化学活化石墨用于微生物燃料电池电极材料的研究

内容摘要

全文目录

相似论文