改性阳极在微生物燃料电池处理含铬废水中的应用

摘要

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种新兴的利用微生物处理废水中有机物的水处理技术，在氧化分解有机物的同时可以产生电能，具有处理废水和产生电能的双重特性，六价铬可以作为电子受体，从而实现含铬废水处理。目前，MFC较大的内阻是限制其产能的主要因素，如何降低MFC内阻，对提高MFC产电性能具有重要意义。
　　本研究中，制备了碳微球改性电极以及碳纳米管负载四氧化三铁改性电极，石墨片作为对照电极，并对改性后的电极进行表征，将改性电极作为MFC阳极，探究改性电极对MFC产电性能的影响，将改性后的电极应用于含铬废水的处理中，探究MFC产电情况以及六价铬去除情况，实验结果如下：
　　（1）电极经过改性后，表面变得粗糙，EDS测试表明四氧化三铁成功的附着在电极上，电极的表面接触角减小，碳微球改性后表面接触角最小为14.63°，BET测试表明，碳微球改性电极比表面积为4.120 m2/g，碳纳米管负载四氧化三铁改性电极比表面积为3.984 m2/g，较未改性电极比表面积（3.614 m2/g）增大，循环伏安曲线测试表明改性电极电子传递速率加快，交流阻抗测试显示欧姆内阻减小，其中碳微球改性电极的欧姆内阻最小。
　　（2）改性电极做阳极应用于MFC中，碳微球改性电极以及碳纳米管负载四氧化三铁改性电极MFC最大输出电压分别为0.79V、0.75V，而未改性阳极MFC最高输出电压为0.62V，最大输出电压分别提高了0.17V、0.13V。电极改性后内阻减小，功率密度提高了近3倍，对应 MFC的COD去除率分别为58.8％、68.2%、69.9%，库伦效率分别为7%、16.6%、21%。
　　（3）将改性电极应用于MFC处理含铬废水中，碳纳米管负载四氧化三铁改性电极MFC输出电压最高，为0.30V，碳微球改性电极MFC输出电压为0.28V，石墨片阳极MFC输出电压为0.11V，输出电压分别提高了1.73倍、1.55倍，且对应MFC的输出功率密度分别为56mW/m2、30 mW/m2、28 mW/m2，六价铬的去除率分别为83%、76%、38%，去除率分别提高了1.18倍、1倍。阴极液中总铬的浓度有所下降，XPS测试结果表明，电极上析出物为三氧化二铬。

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2微生物燃料电池

1.3 碳纳米管以及四氧化三铁简介

1.4研究目的、意义和内容

第二章 改性电极制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 改性电极对MFC产电性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 改性阳极MFC处理含铬废水的探究

4.1前言

4.2 实验部分

4.3实验结果与讨论

4.4 小结

结论与展望

1 结论

2展望

参考文献

致谢

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