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微生物燃料电池(MFC)是一种利用产电微生物作为催化剂,直接将化学能转化为电能的发电装置,它是微生物与电池技术相结合与发展的产物。它不仅是一种新型的废水处理工艺,也是一种新型的清洁能源。它的出现对同时解决水污染及能源问题具有重要意义。目前,由于其输出功率低、成本高等问题,限制了其在实际生产中的应用,而阴极材料则是影响其制作成本、限制其输出功率的主要因素之一。针对这一原因,本文先后制备了氮掺杂碳纳米管(N-CNT)及金属复合碳氮材料(Fe/N/C)两种廉价高效的阴极催化剂,并选用性能最高的催化剂组建微生物燃料电池用于结晶紫染料废水的处理。本文采用后掺杂法,分别利用硝酸、水合肼对碳纳米管进行改性,制备出HNO3-CNT、HH-CNT两种氮掺杂碳纳米管。XPS分析证明,HNO3-CNT和HH-CNT中氮元素的掺杂量为2.58%和1.34%。通过CV测试了 HNO3-CNT和HH-CNT的电化学性能,结果表明两种氮掺杂碳纳米管均表现出良好的氧还原催化性能及稳定性能。分别以HNO3-CNT、HH-CNT和CNT三个不同阴极构建MFC,考察其对MFC性能的影响,结果表明HNO3-CNT和HH-CNT阴极MFC的最大功率密度分别达912、835 mW/m~2,较未处理的CNT阴极MFC的最大功率密度(557 mW/m~2)分别提高了 63.75%、49.96%,且HH-CNT、HNO3-CNT阴极MFC在产电的同时可以高效降解有机底物,两个MFC中的COD降解均遵循表观一级反应动力学。分别采用络合还原法及热解法制备出Fe/N/C材料,其中通过热解法制备的Fe/N/C材料具有更高的氧还原催化性能。实验考察了热解法不同制作配比对电极材料性能的影响,结果分析表明,当阴极FeN/C=2/2时,电池性能最好,最大功率密度及稳定输出电压分别达到1868 mW/m~2、0.744 V,是Pt/C阴极MFC的1.16倍和1.17倍。以FeN/C=2/2为阴极催化剂,构建了空气阴极单室微生物燃料电池系统用以降解结晶紫废水。闭路条件下MFC对结晶紫的去除效果要高于开路厌氧状态下的去除效果。随着混合基质中结晶紫浓度的增加,MFC对结晶紫的去除率随之减小,但在0～75 mg/L范围内,MFC对结晶紫具有超高的去除效果,去除率均在90%以上。