聚吡咯復(fù)合材料在微生物燃料電池中的產(chǎn)電儲(chǔ)能性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-01 03:18
微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell,MFC）是利用微生物的催化作用直接將污水中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)。陽極是對微生物電池性能影響最大的因素。本論文研究了聚吡咯復(fù)合電極材料的制備及其作為陽極在MFC中的應(yīng)用,并研究其對MFC產(chǎn)電儲(chǔ)能性能的影響。采用原位生長法制備出摻雜不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的羧甲基纖維素/聚吡咯復(fù)合電極材料,通過電化學(xué)測試得出聚吡咯（PPy）和羧甲基纖維素（CMC）復(fù)合材料的最優(yōu)比例,并制備出聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿電極。將制備的聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿電極、聚吡咯/海綿和空白海綿電極應(yīng)用到MFC后得到的最大功率密度分別為4.88 W/m3、3.64 W/m3、2.85W/m3。在充電60 min放電120 min（C60/D120）時(shí),聚吡咯-羧甲基纖維素/海綿陽極電池的釋放電量Qm為7000.43 mC/cm2,相比于聚吡咯/海綿陽極電池和海綿陽極電池分別增大了2199.37 mC/cm2、5814.25 mC/cm
【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
微生物燃料電池的產(chǎn)電機(jī)理
電極的表面積及電子轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)而增加了電極的電化學(xué)活性從而增加了 MF的輸出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨復(fù)合材料生物陽極，MFC 陽合材料修飾后，最大電壓提升到 573 mV，最大功率密度達(dá)到 884 mW/m2，復(fù)極為微生物的寄居提供了更大的表面積，同時(shí)，電極的高導(dǎo)電性促進(jìn)了電極與間的電子轉(zhuǎn)移，所以最大功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于只采用聚苯胺修飾的。導(dǎo)電聚合物多元材料是應(yīng)用于微生物燃料電池的一種高效并且很有前景的陽極材料。所以我們咯與羧甲基纖維素進(jìn)行復(fù)合，并將該復(fù)合材料作為陽極運(yùn)用到微生物燃料電池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高儲(chǔ)能容量，良好的環(huán)境穩(wěn)定性和易于化學(xué)和電而備受關(guān)注。它們是迄今為止在電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的最好的電極材62, 63]。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.2 所示，PPy 的有序納米混合物不僅表現(xiàn)出 P 型和 N 合物的良好電容行為，而且為離子擴(kuò)散提供了有效途徑。PPy 的陰離子摻雜可和放電過程中充分利用電解質(zhì)中的離子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]將聚吡咯沉積在網(wǎng)狀玻璃碳上，并作為陽極應(yīng)用與 MFC 上，過研究發(fā)現(xiàn)，沉積過 PPy 的陽極功率密度得到了明顯提高，最大功率密度達(dá)到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的電化學(xué)性能，使得電池的產(chǎn)電效率也得以提升。這些果表明導(dǎo)電聚合物的納米多孔材料對于諸如超級電容器和二次電池的儲(chǔ)能裝置的實(shí)應(yīng)用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纖維素(CMC)羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纖維素經(jīng)過堿化者醚化后得到的陰離子纖維素醚[72]。羧甲基纖維素通常是白色的或者淡黃色的顆粒狀固體。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有機(jī)溶劑[73, 74]，其結(jié)構(gòu)意圖如圖 1.3 所示。羧甲基纖維素因?yàn)槠渚哂性黾诱吵�、膠體保護(hù)、成膜等功能，所被廣泛應(yīng)用到石油開采、食品、化妝品、造紙和藥品等多方面領(lǐng)域，如今羧甲基纖維也逐漸被應(yīng)用在鋰電池和陶瓷等高端產(chǎn)品。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談城市水污染的現(xiàn)狀與治理建議[J]. 潘鑫. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(08)
[2]城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施[J]. 相華旭. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2017(01)
[3]微生物燃料電池耦合型廢水處理反應(yīng)器研究進(jìn)展[J]. 羅鷗,楊永剛,劉國光,許玫英. 工業(yè)水處理. 2016(03)
[4]羧甲基纖維素鈉與聚乳酸共混體系的研究[J]. 譚輝,何小維,周艷. 現(xiàn)代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料電池的產(chǎn)電機(jī)制[J]. 盧娜,周順桂,倪晉仁. 化學(xué)進(jìn)展. 2008(Z2)
[6]廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 孫健,胡勇有. 工業(yè)用水與廢水. 2008(01)
[7]導(dǎo)電聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通報(bào). 2005(04)
[8]羧甲基纖維素的生產(chǎn)與應(yīng)用[J]. 劉關(guān)山. 遼寧化工. 2002(10)
博士論文
[1]碳納米材料修飾電極強(qiáng)化微生物燃料電池產(chǎn)電特性與機(jī)理[D]. 張亞平.華南理工大學(xué) 2014
[2]超級電容器用聚苯胺納米纖維的制備、改性和電容特性研究[D]. 方靜.中南大學(xué) 2012
[3]聚吡咯基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 楊超.蘭州大學(xué) 2011
[4]環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系及影響機(jī)制研究[D]. 黃菁.湖南大學(xué) 2010
碩士論文
[1]12種化學(xué)合成類制藥污水和氯苯脅迫下魚的急性毒性效應(yīng)[D]. 申冰玉.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013
本文編號：3417134
【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
微生物燃料電池的產(chǎn)電機(jī)理
電極的表面積及電子轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)而增加了電極的電化學(xué)活性從而增加了 MF的輸出。Huang[109]等在碳布上合成了聚苯胺石墨復(fù)合材料生物陽極，MFC 陽合材料修飾后，最大電壓提升到 573 mV，最大功率密度達(dá)到 884 mW/m2，復(fù)極為微生物的寄居提供了更大的表面積，同時(shí)，電極的高導(dǎo)電性促進(jìn)了電極與間的電子轉(zhuǎn)移，所以最大功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于只采用聚苯胺修飾的。導(dǎo)電聚合物多元材料是應(yīng)用于微生物燃料電池的一種高效并且很有前景的陽極材料。所以我們咯與羧甲基纖維素進(jìn)行復(fù)合，并將該復(fù)合材料作為陽極運(yùn)用到微生物燃料電池 聚吡咯(PPy)吡咯(Polypyrrole，PPy)因其高儲(chǔ)能容量，良好的環(huán)境穩(wěn)定性和易于化學(xué)和電而備受關(guān)注。它們是迄今為止在電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的最好的電極材62, 63]。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.2 所示，PPy 的有序納米混合物不僅表現(xiàn)出 P 型和 N 合物的良好電容行為，而且為離子擴(kuò)散提供了有效途徑。PPy 的陰離子摻雜可和放電過程中充分利用電解質(zhì)中的離子[64, 65]。
Yong Yuan 等[71]將聚吡咯沉積在網(wǎng)狀玻璃碳上，并作為陽極應(yīng)用與 MFC 上，過研究發(fā)現(xiàn)，沉積過 PPy 的陽極功率密度得到了明顯提高，最大功率密度達(dá)到 12mW/m3。表明聚吡咯具有良好的電化學(xué)性能，使得電池的產(chǎn)電效率也得以提升。這些果表明導(dǎo)電聚合物的納米多孔材料對于諸如超級電容器和二次電池的儲(chǔ)能裝置的實(shí)應(yīng)用具有很大的前景。1.5.2 羧甲基纖維素(CMC)羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC)是如今自然界中的纖維素經(jīng)過堿化者醚化后得到的陰離子纖維素醚[72]。羧甲基纖維素通常是白色的或者淡黃色的顆粒狀固體。具有良好的生物降解性、水溶性和生物兼容性，不溶于有機(jī)溶劑[73, 74]，其結(jié)構(gòu)意圖如圖 1.3 所示。羧甲基纖維素因?yàn)槠渚哂性黾诱吵�、膠體保護(hù)、成膜等功能，所被廣泛應(yīng)用到石油開采、食品、化妝品、造紙和藥品等多方面領(lǐng)域，如今羧甲基纖維也逐漸被應(yīng)用在鋰電池和陶瓷等高端產(chǎn)品。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談城市水污染的現(xiàn)狀與治理建議[J]. 潘鑫. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(08)
[2]城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施[J]. 相華旭. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2017(01)
[3]微生物燃料電池耦合型廢水處理反應(yīng)器研究進(jìn)展[J]. 羅鷗,楊永剛,劉國光,許玫英. 工業(yè)水處理. 2016(03)
[4]羧甲基纖維素鈉與聚乳酸共混體系的研究[J]. 譚輝,何小維,周艷. 現(xiàn)代食品科技. 2011(04)
[5]微生物燃料電池的產(chǎn)電機(jī)制[J]. 盧娜,周順桂,倪晉仁. 化學(xué)進(jìn)展. 2008(Z2)
[6]廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 孫健,胡勇有. 工業(yè)用水與廢水. 2008(01)
[7]導(dǎo)電聚吡咯的研究[J]. 李永舫. 高分子通報(bào). 2005(04)
[8]羧甲基纖維素的生產(chǎn)與應(yīng)用[J]. 劉關(guān)山. 遼寧化工. 2002(10)
博士論文
[1]碳納米材料修飾電極強(qiáng)化微生物燃料電池產(chǎn)電特性與機(jī)理[D]. 張亞平.華南理工大學(xué) 2014
[2]超級電容器用聚苯胺納米纖維的制備、改性和電容特性研究[D]. 方靜.中南大學(xué) 2012
[3]聚吡咯基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 楊超.蘭州大學(xué) 2011
[4]環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系及影響機(jī)制研究[D]. 黃菁.湖南大學(xué) 2010
碩士論文
[1]12種化學(xué)合成類制藥污水和氯苯脅迫下魚的急性毒性效應(yīng)[D]. 申冰玉.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013
本文編號：3417134
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