改性复合阴极及其微生物燃料电池的性能研究

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1、改性复合阴极及其微生物燃料电池的性能研究ThePerformanceStudyofModifiedCompositeCathodeandMicrobialFuelCellwiththePreparedCathode研究生：贾崇振指导教师：唐玉兰教授学科专业：市政工程二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：硕士学位论文改性复合阴极及其微生物燃料电池的性能研究作者姓名：贾崇振入学年份：2013年9月指导教师：唐玉兰教授学科专业：市政工程申请学位：工学硕士所在单位：市政与环境工程学院论文提交日期：2015年12月论文答辩日期

2、：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：李培军答辩委员会组成：李培军傅金祥刘军袁雅妹郜玉楠论文评阅人：姚宏刘强声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：年月日期：年月硕士研究生学位论文摘要I摘要当今社会面临着全球经济的跨越式发展，带动能源需求迅猛增长，并伴随着大量消耗化石能源对环境造成污染。因此，探寻充足而清洁的能源成为国内外研究的焦点，而微生物燃料电池(MFC)作为一种

4、将污水（垃圾渗滤液）处理与生物产电相融合的新技术，由于其对环境不会造成二次污染的优良特性，逐渐被研究者广泛关注。其中，阴极是影响MFC产电性能和水处理性能的主要影响因素之一，因此，本文通过在碳毡表面和吸附自制Fe3O4催化剂的碳毡表面聚合掺杂导电高分子聚合物，制备掺杂导电高分子聚合物碳毡复合电极，研究电极性能及其MFC性能。首先，采用电化学聚合的方法，制备含掺杂剂的导电高分子聚合物碳毡复合电极（简称改性复合电极或掺杂复合电极），探究掺杂剂对改性复合电极的电化学性能及组装MFC性能的影响。结果表明，分别掺杂对氨基苯甲酸(PASA)、对甲苯

5、磺酸钠(NaPTS)改性复合电极的稳定电流比不含掺杂剂的导电高分子聚合物碳毡复合电极（简称复合电极或未掺杂复合电极）分别提高了4、3倍，也大幅度的提高了导电率；SEM图显示，掺杂PASA的聚吡咯（PPy）在碳纤维表面呈团聚状，部分相邻纤维丝被PPy聚合交联。分别掺杂对甲苯磺酸根（PTS-）、十二烷基苯磺酸根（DS-）的PPy在碳纤维表面呈层状膜分布。掺杂聚乙二醇4000（PEG-4000）的PPy在碳纤维表面聚合量不充分，且相邻碳纤维间交联PPy也较少；只有掺杂NaPTS的改性复合电极，表征出两对对称完整的氧化还原峰；而掺杂PASA的改

6、性复合电极具有最小阻抗，可达到3273Ω；在应用污水处理中，掺杂NaPTS的改性复合电极MFC表观内阻最小，为1140.0Ω，最大功率密度可达3813.6W·m-3。调节MFC外电阻时，库伦效率可稳定在19.8-43.6%间。其次，通过改变NaPTS的浓度，研究掺杂剂浓度对改性复合电极性能的影响。结果显示，NaPTS浓度不大于0.10M时，随着NaPTS浓度的增加，改性复合电极的电流和电导率增加，碳毡表面聚合的PPy颗粒越来越多，尺寸越来越大，相邻的碳纤维表面形成PPy接枝交联通道，电极电化学阻抗也随着NaPTS浓度的增加而降低。当掺杂

7、剂NaPTS浓度为0.10M时，掺杂复合阴极MFC稳定状态的表观内阻最小，为598.3Ω，最大功率密度可达到5250.8mW·m-3，MFC运行至第4天时，进入稳定期，输出电压稳定在430mV。当NaPTS浓度大于0.10M时，继续增加掺杂剂的浓度，电极电流和导电率开始递减，碳毡表面聚合的PPy颗粒越来越少，尺寸也越来越小，同时交流阻抗也开始增加。最终，在吸附自制的活化与未活化催化剂Fe3O4碳毡表面聚合掺杂导电高分子聚合物，制备掺杂导电高分子聚合物碳毡复合电极，探究Fe3O4对改性复合电极性能及其组装MFC污水处理效果的影响。Fe3O

8、4/NaPTS/PPy碳毡复合阴极具有突出的电导率，比未吸附Fe3O4改性复合电极高出5倍，吸附活化催化剂Fe3O4的改性复合电极表面吸附了许多均匀分布II摘要硕士研究生学位论文的小圆球颗粒，而未经表面活化