微生物燃料电池中离子交换膜的制备和阴极电极的改性

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1、硕士学位论文微生物燃料电池中离子交换膜的制备和阴极电极的改性作者：王飞龙指导教师：陈守文副研究员南京理工大学2014年3月M．D．DissertationPreparationofIonExchangeMembraneandModifitionofCathodeElectrodeforMicrobialFuelCellFeilongWangSupervised砂AssociateProfessorShouwenChellNanjingUniversityofScience&TechnologyMarch，2014声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究

2、成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名：学位论文使用授权声明≥口脚年弓月矽日南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：卅J牛年弓月西日摘要硕士论文摘要微生物燃料电池利用微生物在处

3、理有机废水的同时产生电能，是一种很有前景的技术。离子交换膜和阴极电极是MFC的重要组成部分，对MFC的产电性能有重大影响。本论文中，我们制备了嵌段磺化聚芳醚砜阳离子交换膜、季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜和掺杂二氧化锰(Mn02)纳米颗粒的阴极电极。制备了一系列具有不同链段长度的嵌段磺化聚芳醚砜阳离子交换膜并作为分离膜研宄应用在MFC中。研究结果表明：bSPAEs膜具有很好的尺寸稳定性和水解稳定性，尺寸变化各向同性并处于1啦20％之间。bS栅膜的吸水率为36～73％，电导率为81～140mS／cm，而商业膜ULTREXCMI．7000相同条件下吸水率为25％，

4、电导率仅为20mS／cm。由于在亲水磺化部分引入了刚性更强的芴结构，bSPAES膜具有很好的机械性能，杨氏模量近1GPa。在MFC中运行1000h后，bSPAES膜的电导率几乎没有变化。在100oC水中浸泡24h测得的水解稳定性表明，重量损失仅为1．5至6．3％。MFC的最大功率密度随链段长度的增加而增加，与ULTREXCMI一7000膜相比，bSPAES膜表现出更好的产电性能，并且bSPAES(30／30)膜的最大功率密度达到705m、Ⅳ／矗。成功制备了一系列基于季铵化聚芳醚砜聚合物阴离子交换膜(QPAES—OH)，其／EC水平通过氯甲基化反应时间控制

5、。通过1HNMR表征了PAESs和CMPAESs聚合物的化学结构。僭C控制在1．35～1．73rnn：Dl／g，对应的QPAES—OH膜的吸水率为12．9～35．9％，电导率为6．5～13．1mS／cm。在800C水中浸泡24h水解稳定性测试结果表明，重量损失为0．2～3．3％。MFC的最大功率密度随着／EC的增加而增加，且高于AM]一7001膜(1753mW／井)，当／EC为1．73mmol／g时MFC的最大功率密度达到326．2mW／m2。通过氧化还原反应和水热法制备了三种类型的Mn02纳米颗粒@．、p．、Y．)，研究了三类Mn02纳米颗粒氧还原反应

6、(OI水)催化剂在空气阴极MFC中的性能。分别采用循环伏安法(CV)测试、扫描电镜和x射线衍射表征了Mn02纳米颗粒和电极。结果表明：p—IV[r102电极具有最好的ORR催化活性，在双室MFC的应用中，p．Mn02．MFC的最大输出功率密度可达到183．1mW／m2，MFC内阻仅91Q。关键词：微生物燃料电池，嵌段磺化聚芳醚砜，季铵化聚芳醚砜，二氧化锰，阴极催化剂Abstract硕士论文Themicrobialfuelcell(MFC)isbecomingapromisingtechnobgyforbothwastewatertreatmentande

7、lectricitygenerationsimultaneously．TheionexchangemembraneandcathodeelectrodeaIgtheimportantcomponentsinanMFCsystem,andhavethegreatinfluencesontheMFCelectrochemicalperformance．Inthisthesis，wesuccessfullypreparedaseriesofcationexchangemembranesbasedonmultibbcksulforatedpoly(ethersu

8、lfone)s，aseriesofanionexchangemembranesb