微生物燃料电池是一种新型的污水处理与能源回收技术。然而,对技术的研究多在实验室内进行,这主要是由于成本与输出功率这两个因素造成的。影响微生物燃料电池性能的因素很多,比如电极材料和产电微生物等,其中电极材料是影响其性能的主要因素。因此,开发高性能的阳极材料对于提高微生物燃料电池的意义重大。本论文将亚氧化钛材料应用于微生物燃料电池的阳极,而后通过石墨烯/聚苯胺对亚氧化钛材料进行修饰;此外,采用修饰后的电极材料作为阳极,构建单室MFC,以含油污水为目标污染物,考察在一定条件下,研究MFC的产电性能。本论文的主要内容如下:(1)利用亚氧化钛材料做微生物燃料电池的阳极材料,以碳布、钛片材料作为对照组,阴极材料均为无任何催化剂的碳布。结果表明,以亚氧化钛为阳极的微生物燃料电池的最大功率密度为361.9mW/m2,分别是碳布、钛片阳极最大密度的2.2倍、3.5倍。循环伏安测试表明,亚氧化钛的响应峰电流(Ipa)为4.4mA,是碳布、钛片响应峰电流的1.1倍、1.2倍,表明亚氧化钛具有更大的电化学活性的表面积;电化学阻抗测试表明,亚氧化钛的电荷转移内阻为5.0Ω,与碳布、钛片电荷转移内阻相比,电荷转移内阻降低了21%和63%,表明亚氧化钛具有最小的电荷阻力,适合作为微生物燃料电池的亚阳极材料。(2)以亚氧化钛为基底材料,采用恒电位为0.8V电压的电沉积方法,将石墨烯、聚苯胺修饰到亚氧化钛材料上,考察了不同时间、不同浓度修饰电极的性能。最佳条件下修饰的亚氧化钛材料的微生物燃料电池的最大稳定输出电压和最大功率密度为978.5mV、2073.6mW/m2,是未修饰亚氧化钛的最大输出电压与功率密度的1.9倍、5.7倍。循环伏安测试表明,最佳条件下修饰亚氧化钛材料的响应峰电流为7.5mA,是未修饰亚氧化钛峰电流的1.7倍;电化学阻抗测试表明,最佳条件下修饰亚氧化钛材料的电荷转移内阻为1.98Ω,与未修饰的亚氧化钛相比,电荷转移内阻降低了60.4%。这表明亚氧化钛经过修饰后使得微生物燃料电池产电性能得到了提高。(3)对微生物燃料电池的阳极液使用MiSeq高通量测序,测序结果表明变形菌门(Proteobacteria)占比最高,达到总序列数的27.7%,其次为拟杆菌门(Bacteroidetes)占总序列数目的25.4%、厚壁菌门(Firmicutes)占24.1%、黏胶球形菌门(Lentisphaerae)占15.3%,包含这些菌门的产电菌为本MFC装置体系中的主要产电菌。(4)利用修饰亚氧化钛做阳极,无催化剂碳布为阴极,构建单室MFC,进行降解含油类污水。探究了污水在不同COD(chemical oxygen demand)、不同pH(potential of hydrogen)、不同溶液电导率COND(conductivity)条件下对MFC的产电性能影响。