【摘 要】
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底泥微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种特殊的微生物燃料电池,属于生物电化学体系。因为底泥具有沉降性,阴极和阳极两个区域可以自然分离开,不需要额外的质子交换膜。SMFC通过利用底泥中的产电微生物降解有机物从而收获电能,具有结构简单、能量转化直接等特点。同时体系环境接近于自然状态下的海水或湖泊底部环境,其研究对生物电化学技术的发展及环境污染问题研
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底泥微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种特殊的微生物燃料电池,属于生物电化学体系。因为底泥具有沉降性,阴极和阳极两个区域可以自然分离开,不需要额外的质子交换膜。SMFC通过利用底泥中的产电微生物降解有机物从而收获电能,具有结构简单、能量转化直接等特点。同时体系环境接近于自然状态下的海水或湖泊底部环境,其研究对生物电化学技术的发展及环境污染问题研究均具有重要意义。本研究构建了SMFC反应器,研究了接种污泥类型、阴极处溶解氧、潮汐作用等因素对SMFC反应器功率密度及污染降解能力的影响,并开发了新的电极制备方法,以芦苇为原料完成了以生物炭为基体的电极材料的制备。本研究共得到六种生物炭基电极材料:纯生物炭电极(BC 800和BC 700)、生物炭/热熔胶复合材料阴极(BP 5:5和BP 6:4)和生物炭/聚苯胺/热熔胶复合材料阴极(BPP 5:1:4和BPP 4:1:5)。对自制生物炭电极材料的基本物理性质和电化学性能进行了表征。材料最小电阻可达约30Ω,同时兼具良好的氧化还原能力,满足了作为电极材料需要具备的成型、导电、耐水性、生物相容性的基本性质。挑选性能良好的生物炭基电极材料替代商业碳毡作为SMFC阴极运行反应器,通过SMFC最大输出功率密度来判断生物炭基电极材料的应用潜力。与碳毡对比结果显示,搭载纯生物炭电极(BC 800)的SMFC获得的最大输出功率密度为9.15±0.02mW/m~2,相对于商业碳毡提升了近80%的输出功率。使用生物炭/聚苯胺/热熔胶(BPP5:1:4)复合材料阴极时,输出功率提升至原来的2.33倍。生物炭的含量对复合材料有着显著影响,在保证材料成型的前提下,生物炭的含量越高,材料的综合性能越好。
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