微生物燃料电池电极材料的优化及处理生活污水的实验研究

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随着全球性经济快速发展,能源短缺和环境污染问题成为了限制社会发展的关键性因素。而一种新型的废物资源化方式-微生物燃料电池(MFC),已经渐渐为研究者所青睐,以期待能为资源化短缺的今天有所作为。就目前存在的微生物燃料电池而言,存在构型过小难以几何放大,催化剂成本高,离子交换膜价格昂贵,产电量较小等问题。本课题主要以双室微生物燃料电池为研究对象,选用低价位催化剂修饰电极材料来提高微生物燃料电池的产电性能,并研究其处理生活污水的性能。通过掺铅二氧化锰对MFC阴极材料进行修饰表明:与MnO2修饰的阴极对比,功率密度提高了45.99%,表观内阻降低了42.8,电压提高了62mV,最大电压可达448mV,不但提高了微生物燃料电池氧化还原电位的催化效果,而且也提高了产电效率。相比于Pt/C修饰,性能虽有差距,但降低了运行成本,便于实际投入运行。MFC的阳极经过聚苯胺掺中性红修饰后,最大电压可达459mV,电压提高了51mV,功率密度提升了19.97%,表观内阻减小了32。电池的最大功率密度可达到为2019.35mW/m3,电池的启动时间缩短了57h,库仑效率提高24.71%。在对生活污水的处理方面,COD的去除速率也明显提高,最大COD去除速率达到93.6%。实验结果证明了PANI/NR修饰MFC阳极可增强阳极的生物兼容性和电子转移速率,并且减少电池的启动时间,具有一定的实际意义。MFC阳极对生活污水去除效果及产电性能的研究表明:当COD初始浓度532.47mg/L时,MFC的电压最大为432mV,当初始COD的浓度为768.61mg/L时,最大电压所持续的时长最长为193h,而较低的初始COD浓度对MFC库伦效率和COD去除率的影响较小。当水力停留时间为8h,MFC的COD和氨氮去除率均达到最大,分别为82.40%和78.35%,功率密度和库伦效率均达到最大,分别为2252.67mW/m3和29.27%。上述结果表明MFC电极材料通过修饰后可提高其产电性能,利用MFC可实现生活污水处理的同时产生电能,为将来的实际应用提供了一定的参考价值。
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