【摘 要】
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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)可以利用产电微生物氧化废水中的有机物,将化学能直接转换成电能,且产物无污染,作为一种产生绿色能源的重要技术,在当今世界有很大的应用前景。但到目前为止,MFCs的电量输出依然很低,其中,阳极材料的性能是影响MFCs性能的重要因素之一。因此,本论文以成本低廉的有孔道结构的天然植物——成熟丝瓜络((Loofah Sponge,LS)和导
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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)可以利用产电微生物氧化废水中的有机物,将化学能直接转换成电能,且产物无污染,作为一种产生绿色能源的重要技术,在当今世界有很大的应用前景。但到目前为止,MFCs的电量输出依然很低,其中,阳极材料的性能是影响MFCs性能的重要因素之一。因此,本论文以成本低廉的有孔道结构的天然植物——成熟丝瓜络((Loofah Sponge,LS)和导电性高的金属碳化物Ti3C2 MXene为切入点,旨在制备出电化学性能高效的阳极材料,研究其对MFCs产电性能的影响。本论文通过高温碳化丝瓜络的方法,制备出三维多孔碳材料(Carbonized Loofah Sponge,CLS),再经过涂覆Ti3C2 MXene,最终制成三维碳化钛/丝瓜络杂化物。通过电化学阻抗图谱(EIS)证明4-CLS具有最低阻抗值(16.7Ω),有利于电子转移,将其作为实验组MFC的阳极(Ti3C2/CLS),再以碳毡(Carbon Felt,CF)和CLS作为对照组MFC的阳极,通过一系列表征发现,所制备的Ti3C2/CLS电极具有良好的生物相容性和更多的电化学催化活性位点。Ti3C2/CLS-MFC在运行约45.5 h后就开始启动,达到的第一个周期内最高电压(0.632V)也是最大的,在运行80天后,其周期最高电压也能达到0.602 V。其产生的最大功率密度可以达到1565.42 W/m3,分别是CF-MFC(772.33 W/m3)和CLS-MFC(766.48 W/m3)的2.03倍和2.04倍。此外,在电池运行过程中,Ti3C2/CLS-MFC的COD去除率可以达到85.54%,其库伦效率为63.94%,具有优异的有机物降解及产电能力。综上所述,本论文所制备的三维碳化钛/丝瓜络材料(Ti3C2/CLS)不仅成本低廉,而且电化学性能也很优异,能有效提高MFCs的产电性能。
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