Mn_3O_4修饰石墨阳极MFC的产电性能与阳极电容特性

制备了Mn_3O_4修饰石墨阳极。在微生物燃料电池(MFC)中研究了Mn_3O_4对MFC产电性能及阳极电容特性的影响。Mn_3O_4修饰阳极的MFC最大功率密度为255mW/m2,比对照组提高了25%。Mn_3O_4修饰阳极的MFC比电容为14.7mF/cm2,比对照组提高了88%。在电化学阻抗(EIS)测试中,创建了R(Q(R(QR)))(QR)模型,对MFC内阻与电容的组成和大小进行了分析。测试表明,Mn_3O_4修饰电极降低了生物膜和电极界面的电荷转移内阻,增大了生物膜和电极界面的赝电容,从而提高了MFC的产电能力和间歇式放电MFC的能量利用率。     

Mn_3O_4修饰阳极微生物燃料电池的产电性能

采用超声分散法和溶胶浸渍法制备了Mn3O4修饰电极,在微生物燃料电池(MFC)中,研究了不同方法修饰的Mn3O4阳极对MFC产电能力的影响。实验结果表明:超声分散法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度为0.172 W/m2,相比对照组降低了22%;产电菌在电极表面的电子传递受到了抑制。溶胶浸渍法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度则为0.431W/m2,相比对照组增加了93%;MFC的电荷转移内阻降低了67%,并具有赝电容特性。     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW12/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW12/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW12/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO4-)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW12/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理.结果 表明,当ClO4-浓度为700 mg/L时,PW12/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO4-平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m3·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW12/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW12/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻.PW12/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能.     

氧化石墨烯/聚吡咯复合材料修饰阳极的制备及在MFC中的应用

通过恒电流法电沉积分别制备了氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)复合材料修饰碳毡(CF)阳极和还原氧化石墨烯/聚吡咯(r GO/PPy)复合材料修饰碳毡阳极.通过循环伏安法和交流阻抗法对电极特性进行考察.将其分别应用到微生物燃料电池中,对其产电性能进行研究.结果表明,相比r GO/PPy-CF电极,氧化石墨烯以掺杂方式加入到聚吡咯中,一步电聚合制备的GO/PPy-CF电极,其电极性能更为优异,且作为MFC阳极时,对电池的产电性能提升更大.该电极制备方法简单,无需使用强还原剂,是一种有效环保的MFC阳极制备方法.     

微生物燃料电池(MFC)处理垃圾渗滤液与同步产电性能

微生物燃料电池(MFC)是能在处理有机污染物时产电的装置。着重研究了MFC同步处理老龄垃圾渗滤液和其产电能力。实验在典型双室MFC装置中进行,其中以碳毡为电极材料,活性污泥为接种源,铁氰化钾溶液为阴极液。MFC驯化6个周期后产电达到稳定,此时以垃圾渗滤液和污泥作为阳极液,检测了电池的产电性能及其对垃圾渗滤液的处理效果。结果表明,经过驯化电池的最大功率密度比使用未驯化的电极对照组提高了22倍,达到了439.1 m W/m~2,电池内阻约为1 kΩ。同时扫描电镜(SEM)观察到电极表面形成一层由典型的球菌和杆菌组成的生物膜。电池运行15 d,垃圾渗滤液化学需氧量(COD)、总氮、氨氮的去除率分别达到了(49.05%±1.40%)、(68.95%±1.07%)、(73.54%±0.91%)。本研究为同步产能及处理老龄垃圾渗滤液提供了数据支持。     

石墨烯-钴-聚吡咯复合电极改善藻菌微生物燃料电池性能的研究

通过恒电位法一步将氧化石墨烯、过渡金属Co和聚吡咯（PPy）三者共固定于碳毡电极表面,制备了复合膜电极,采用循环伏安法、交流阻抗对复合电极进行了电化学测试,并将其用作微生物燃料电池（MFC）的阳极和阴极,考察了其对MFC产电性能的改善作用. 结果表明:碳毡电极表面经修饰后,在三者协同作用下碳毡电极的电容显著增大. 这种修饰有效增加了电极比表面积和导电性能,减小了电荷传递阻抗,提高了电极的电子传递效率. 同时,该电极具有良好的生物相容性及稳定性,使藻菌MFC产电功率增大了3.1倍,且内阻减小了76%.     

复合碳纳米阳极强化微生物燃料电池产电研究

〖JP〗石墨烯疏水性及层间-共轭极大地影响了其生物相容性和分散性,难以有效修饰电极. 文章通过将石墨烯与碳纳米管混合,利用二者之间的非共价结合,消除了石墨烯单一修饰电极的缺点,并通过浸渍法制备了石墨烯-碳纳米管复合碳纳米材料电极. 扫描电镜观察表明,石墨烯与碳纳米管被牢固地固定在碳毡电极表面,形成了复合均一层. 将复合电极用作微生物燃料电池（MFC）的阳极,〖JP+1〗显著改善了MFC的产电性能. 复合阳极的MFC的最大功率密度（760.7 mW/m2）比空白碳毡阳极MFC的（228.8 mW/m2）高2.36倍,因为复合电极显著降低了阳极的电子传递阻力,减轻了阳极极化,改善了阳极电化学性能. 复合碳纳米材料修饰阳极的电子传递阻抗（39.8 ）比空白碳毡阳极的（248.7）低84%.〖JP〗     

Fe/HA修饰阳极对MFC产电和脱氮性能的影响

为了选取具有较高氧化还原活性的铁腐殖酸复合物（Fe/HA）作为阳极材料，开展Fe/HA修饰阳极对MFC产电和硝酸盐降解性能影响的研究。通过电沉积法制备Fe/HA修饰阳极，利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）对Fe/HA修饰阳极的表面形貌特征和活性官能团进行表征；同时采用循环伏安曲线（CV）、塔菲尔曲线（Tafel）和交流阻抗曲线（EIS）对Fe/HA修饰阳极的电化学性能进行测量；并以硝酸盐废水为模拟废水，考察Fe/HA修饰阳极对MFC性能的影响。结果表明：Fe/HA修饰阳极表面具有松散的簇团状结构和氧化还原活性官能团；[JP2]同时，与空白阳极相比，Fe/HA修饰阳极电荷转移量增加了75.82%，交换电流密度增加了14.95%，电荷转移阻抗降低了17.60%；Fe/HA修饰阳极MFC的最大平均输出电压和脱氮效率较空白阳极MFC分别增加了16.52%和6.47%。通过Fe/HA对MFC阳极的修饰，可有效增加阳极表面氧化还原活性官能团的数量和微生物附着的面积，从而提高电子传递效率，实现对MFC产电性能和脱氮效率的提高，本研究可为金属与腐殖酸复合物阳极材料的开发及其在MFC废水处理领域的应用提供理论依据。     

微生物燃料电池聚苯胺膜阳极的制备及性能

 分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。     

微生物燃料电池电极材料研究进展

 微生物燃料电池(MFC)是一种具备污水处理和产电功能的生物电化学技术装量,在微生物催化下将有机能转化成电能。综述了MFC 电极材料的研究进展,评述了阳极材料及其功能的修饰、阴极催化剂对污水处理和MFC 产电性能的进展,指出MFC电极材料设计和研究是未来的发展重点。     

动态磁场对Geobacter sulfurreducens产电特性的影响

以Geobacter sulfurreducens为产电菌构建双室微生物燃料电池(MFC)。产电菌液分别在0、100、200mT的垂直磁场下动态处理1h,然后接种到MFC1、MFC2和MFC3中,研究动态磁场处理对MFC产电性能的影响。实验结果表明:动态磁场处理使产电菌反应器的启动时间延长、稳定电压降低、表观内阻增大,MFC1、MFC2和MFC3的表观内阻依次为329、507、353Ω;通过电化学阻抗谱测试可知,相比对照组MFC活化内阻,经磁场处理的产电菌MFC全电池的活化内阻变大,其中MFC1、MFC2和MFC3的活化内阻依次为12.34、28.29、16.87Ω;循环伏安测试发现经过动态磁场处理的产电菌其电化学活性降低。     

MFC的除As(Ⅲ)产电性能及其优势微生物种群

为研究微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)对含As(Ⅲ)废水的解毒效果和产电能力,以As(Ⅲ)和乙酸钠为阳极底物,对不同As(Ⅲ)初始浓度下MFC的产电性能、As(Ⅲ)氧化情况及其微生物群落进行分析.结果表明,该MFC可有效氧化As(Ⅲ)以降低毒性,同时产生稳定电压,其最大功率密度为1.368 6 W·m~(-3), As(Ⅲ)去除率达75.0%,变形菌、长绳菌、不动杆菌等为该MFC上的优势种群.     

PEDOT膜修饰电极对对苯二酚及邻苯二酚的电催化研究

研究了电化学聚合制备的聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)膜修饰电极对对苯二酚和邻苯二酚的电催化.结果表明PEDOT膜修饰电极对对苯二酚和邻苯二酚均有很强的电催化作用,它们可能来自PEDOT对二羟基酚类的吸附作用.研究和分析了影响膜催化性能的2个因素:聚合电位、掺杂离子.PEDOT膜中掺杂的阴离子对催化性能有重要的影响,而膜聚合电位对PEDOT膜修饰电极行为的影响则是由于膜电阻随膜聚合电位的变化所引起的.     

MnO_2@graphene为阴极催化剂的微生物燃料电池产电性能研究

以碳布为阴阳极材料,乙酸钠为底物,MnO_2@graphene为阴极催化剂构建空气阴极单室微生物燃料电池(MFC),研究了阳极液pH、阳极底物初始COD浓度、MFC运行温度等因素对MFC输出电压和产电功率的影响﹒研究结果表明,阳极液pH对MFC产电性能影响最大,而阳极底物初始COD浓度影响最小﹒在阳极液pH为8、MFC运行温度为308 K和阳极底物初始COD浓度为800 mg/L时MFC的产电性能和污水处理最佳﹒在此条件下,MFC对污水中COD的降解率可达98.4%,输出电压和产电功率密度分别可达0.813 V和2 046.9mW/m~2,说明以MnO_2@graphene为阴极催化剂的MFC具有较好的产电性能和污水处理效能﹒     

表面修饰的天然石墨用作锂离子电池嵌锂阳极

针对天然石墨阳极存在的首次充放电效率低这一应用问题,提出了采用聚合物表面修饰石墨的新方法．结果发现：通过在天然石墨表面修饰聚二甲基硅氧烷,加速了石墨阳极表面钝化膜的形成,降低了电极第一周充放电时的不可逆容量损失,从而提高了电极的首次充放电效率．当石墨表面的聚二甲基硅氧烷修饰量为5％时,电极在保持可逆容量基本不变的情况下,第一周充放电效率提高了13％．此外修饰石墨电极的循环性能也得到了显著改善．     

膜面积及阳极面积对立方体型MFC产能影响的研究

以生活污水为底物,普通石墨棒为电极,构建立方体型微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。研究了阳离子交换膜(Cation Exchange Membrane, CEM)面积和阳极面积对微生物燃料电池产电能力的影响.阳极以厌氧污泥作接种体并且无使用中介体,两室分隔物使用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM),阴极使用无催化剂的普通碳电极.采用几种不同的阳极面积和阳离子交换膜面积,以最大功率密度和内阻等作为比较参数,比较其产电性能.实验结果表明：（1）当阳离子交换膜面积较小时,功率密度随其增加而增大,内阻则随其增加而减小.但两者的变化幅度均逐渐减小.两者到达极值后,功率密度随其增加而减小,内阻则随其增加而增大.在膜面积为21cm2的时候,电池各项性能指标均达到最佳,其开路电压（OCV）为233mV,最大功率密度为3.44mW?m-2,电池内阻为2.10 KΩ.（2）MFC产能除了与膜面积相关外,受阳极面积的限制也很大,要得到最大的能量输出,膜面积应该略大于阳极面积.最佳产能时离子交换膜与阳极的面积比为1.37.     

菌藻微生物燃料电池处理模拟养殖废水的研究

为探索冷水鱼养殖废水处理的新途径,本试验构建菌藻微生物燃料电池,以细菌作为阳极,藻类作为阴极,探讨在不同低C/N条件下菌藻微生物燃料电池去除有机物和脱氮除磷的效能及产电性能,并分析阳极和阴极微生物群落结构及功能微生物。结果表明：当C/N为2∶1时,菌藻微生物燃料电池去除有机物85.4%、氨氮32.1%、硝态氮73.4%、总氮37.6%和总磷69.9%,系统可产电1.09 mA;阳极电极表面附着大量微生物,可以加快催化反应速率,提高系统产电;阳极和阴极生物膜富集了以变形菌门和拟杆菌门为主的产电细菌,在提高系统产电性能的同时可降解复杂有机物;通过功能基因分析发现碳代谢、氮代谢及双组分系统的基因丰度较高,说明微生物的抗逆代谢较强,有利于污染物去除。综上,利用菌藻微生物燃料电池去除模拟养殖废水具备一定的可行性,可为养殖废水的去除提供理论基础。     

驯化方式对微生物燃料电池处理焦化废水与产电的影响研究

为了探明驯化方式对微生物燃料电池运行性能的影响,对比研究了两种不同的驯化方式。以焦化废水直接驯化和以乙酸钠、焦化废水梯度驯化下的微生物燃料电池对焦化废水的降解能力和产电能力。研究了MFC的产电性能以及COD的去除率。结果表明,MFC可以以焦化废水作为底物进行产电;并且直接驯化下的MFC的最大输出功率45.1 mW/m~2高于梯度驯化的42.9 mW/m~2;两种MFC的表观内阻差别不大,分别为直接驯化下814Ω、梯度驯化下811Ω。对COD的去除,直接驯化的MFC可以达到91%,梯度驯化也达到了83%,略低于直接驯化。由以上数据可以看出直接驯化的MFC优于梯度驯化的。