M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用

以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C（M=Fe,Co）材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池（AFBMFC）阴极催化剂。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法（CV）对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响。结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW·m^-2,比使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10%。表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景。     

厌氧流化床微生物燃料电池空气阴极研究

流化床微生物燃料电池(AFBMFC)的阴极导电性和催化剂性能是影响微生物燃料电池产电性能的重要因素。本文首先在阴极负载少量银研究其对AFBMFC产电性能的影响。其次,制备四种铂钴合金催化剂,考察了催化剂对AFBMFC产电性能的影响。研究表明,阴极碳基层负载少量的银可以显著改善AFBMFC的产电性能,银负载量为0.7 mg·cm^-2时AFBMFC最大输出电压和输出功率密度分别为纯碳基层阴极的154%和330%。600℃比950℃制备的PtCo合金催化剂有较好的催化性能,在保证催化剂总量不变的情况下,铂用量为原来的50%,AFBMFC产电性能仍有较大幅度的提高。     

不同介体厌氧流化床微生物燃料电池产电特性研究

在空气阴极、单室、无膜液固厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中,以污水和椰壳活性炭为液相和固相,分别以亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)及铁氰化钾为电子介体,考察电子介体的种类和浓度对厌氧流化床微生物燃料电池产电性能的影响.实验结果表明,亚甲基篮可以提高AFBMFC产电量,但增加幅度较小；添加铁氰化钾后,电池正负极...     

微生物燃料电池阴极催化剂载体的研究进展

微生物燃料电池是在水处理领域中集污水处理与产电功能为一体的新技术。但其产电性能低与其制作成本高制约着微生物燃料电池向实用化发展。因此,提高阴极对氧还原的电化学活性和降低阴极催化剂的制备成本是微生物燃料电池的研究重点之一。本文综述了近年来微生物燃料电池中非生物阴极氧还原催化剂载体的最新研究进展。重点讨论了石墨烯、碳纳米管、碳基材料等作为催化剂载体的种类、电催化性能、催化剂的负载方法以及存在的问题等。其中,经高温加硝酸处理后的碳基材料表面活性提高、导电能力增强,且价格低廉,有望成为微生物燃料电池非生物阴极催化剂载体的推广使用。为开发高效能、低成本的微生物燃料电池非生物阴极提供理论指导。     

直接微生物燃料电池阴极的制备及优化

研究了直接微生物燃料电池阴极的制备方法,考察了制备过程中的主要影响因素,并通过功率密度曲线及伏安曲线对不同条件下制备的阴极性能进行了评价. 结果表明,防渗层中聚四氟乙烯含量、催化层中Nafion含量及整平层碳含量对阴极性能均有较大影响,当聚四氟乙烯浓度为30%及Nafion含量为2.8 mL、碳含量为0.18 g时,阴极性能最好,此时微生物燃料电池的输出功率密度为357 mW/m2, COD去除率达到90%.     

微生物燃料电池高效产电的研究进展

结合微生物燃料电池研究进展,从提高微生物燃料电池的产电性能出发,讨论了目前微生物燃料电池发展的主要限制因素和应用前景。对影响微生物燃料电池产电性能的4个主要影响因素,电池构型、阳极室(电活性微生物、阳极材料)、阴极室(电子受体、催化剂)、阴阳极分隔材料进行了分析。认为目前对于低成本的电极材料和构型的扩大研究较少,微生物燃料电池由于其成本较高、产能较低,仍然难以进行实际的扩大应用。开发出低成本的电极材料和催化剂,并在实际应用中将其与其他水处理技术进行耦合应是是未来微生物燃料电池的研究重点。在此基础上,建立和优化微生物燃料电池数学模型,深入研究堆叠式微生物燃料电池产生的电压反转的原因也会对未来这一技术的改进提供可靠的帮助。     

二氧化铅阴极单室微生物燃料电池处理有机废水研究

利用自制单室微生物燃料电池,采用污水处理厂的厌氧污泥接种,以自制钛基二氧化铅电极为阴极,运行微生物燃料电池11907 min,成功获得了电能,最大功率密度为485 mW·m-2.通过稳态放电法测得单室微生物燃料电池的内阻为300Ω.污水COD去除率达到40%左右,日平均去除1 000.5 mg·L-1,说明此单室微生物燃料电池在产生电能的同时对废水有较理想的处理效果.     

高效双室微生物燃料电池的运行特性

微生物燃料电池(MFC)在产生电流的同时还能处理糖蜜废水和电镀废水,并能从电镀废水中回收金属单质。本实验确定了电镀废水阴极液对双室微生物燃料电池产电性能的影响,阴极液分别采用银离子、铜离子和锌离子溶液作为MFC的阴极液,其初始浓度均配成1000mg/L。结果表明,锌离子作为阴极时MFC的产能效果最不理想,功率密度仅为1.9×10-6mW/m2。阴极为铜离子溶液时,可以获得相对大一些的功率密度(13.9mW/m2)。产能效果最好的是银离子阴极MFC,在电流密度为82.7mA/m2其获得最大功率密度为23.1mW/m2,COD去除率为71%,且其重金属去除率最大(72%),远远高于锌离子和铜离子。研究表明,重金属离子可以作为微生物燃料电池的阴极电子受体,MFC可以将有机废水中的化学能直接转化为电能,同时将重金属还原,具有显著的环境效益和经济效益。     

过氧化氢阴极电催化剂及电镀工艺

本发明涉及燃料电池和燃料电池阴极,尤其是使用过氧化氢作为氧化剂的燃料电池。燃料电池阴极使用钌合金(如钌-钯-铱合金)或钌-铼合金(如钌-钯铱-铼合金)作为电催化剂。使用该阴极制备过氧化氢燃料电池。同时,介绍了电催化剂和阴极的预加工方法。     

微生物燃料电池处理含铬废水

采用双室的微生物燃料电池装置,探讨利用微生物燃料电池处理含铬废水的效率及电池性能.通过测定微生物燃料电池的电压、功率密度和电流密度,研究电池的性能,通过测定出水中Cr(Ⅵ)的浓度探讨微生物燃料电池对Cr(Ⅵ)的处理效率.结果表明,最大值出现在第21天,大约在18 mV左右;电压的最小值在0.5 mV左右,稳定值在2mV左右;装置稳定后,在电流密度等于0.526μA/cm2时,电池的电压达到最大值,为39.5 mV;当电流密度为1.328μA/cm2,功率密度达到最大值,为1.328×10-3mW/cm2;利用微生物燃料电池装置对Cr(Ⅵ)可以达到一定的处理效果,去除率约为20％.     

微生物燃料电池电极材料的最新研究进展

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）,是一种同步废水处理与产能的新技术——以微生物为催化剂降解废水中的有机物,将其中的化学能转化为电能。本文介绍了微生物燃料电池阳极和阴极材料以及电极催化剂的最新研究进展,讨论了提高微生物燃料电池性能的方法,即通过使用纳米材料修饰电极来提高微生物及催化剂的吸附面积、结合不同材料的优点制作复合材料做催化剂来克服单一材料的不足之处,以期研究和开发出高性能的微生物燃料电池;指出微生物燃料电池的应用前景是将微生物燃料电池与其它技术相耦合来提前实现它的实际应用。     

直接微生物燃料电池的影响因素

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了一个直接微生物燃料电池,并经过160h的驯化,获得最大电压为590mV(1000Ω),并考察了不同底物和催化剂对电池性能的影响。结果表明,葡萄糖的最大功率密度(669mW/m2)要高于丁二酸的最大功率密度(235mW/m2)。通过比较电极电位,发现阳极电位随外电阻的变化较大,这主要是混合菌对不同底物的利用能力存在差异,可通过选择合适的产电菌来提高丁二酸产电的性能;并以锰作为阴极催化剂,其最大输出功率密度为147mW/m2,与铂作为阴极催化剂有一定的差距,还需进一步优化催化剂配比和制备工艺。     

酸性离子液体[SO_3H-Bmim]HSO_4作电解质的甲醇燃料电池性能研究

采用两步法合成了1-磺酸丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐([SO_3H-Bmim]HSO_4)酸性离子液体,对其红外光谱结构和电导率进行表征;同时采用不锈钢材料制作了燃料电池的壳体,并制备了阳极和阴极材料,与[SO_3H-Bmim]HSO_4电解质一起组装成燃料单电池。以甲醇为燃料、空气为氧源在80℃采用伏安法测定了燃料电池的性能,其功率密度达到0.19 m W·cm~(-2),有望为甲醇燃料电池实际利用开辟新途径。     

微生物燃料电池阴极碳载体催化剂的研究进展

重点总结了近年来活性炭、碳纳米管、石墨烯作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究进展,并分析讨论了其存在的局限和发展方向,同时对其他形式的碳载体催化剂的研究成果进行了简单介绍。     

MFC处理低浓度焦化废水的试验研究

使用单室空气阴极微生物电池处理焦化废水,以电压、电流密度、功率密度、COD去除率、p H为考察指标,分别用铂、四氧化三铁、二氧化锰作阴极,对比其去除效率和产电能力。实验结果表明,铂阴极的产电能力和废水处理效果最好,开路电压最大值达到521.469 m V。当电流密度为2.4 A/m2时功率密度达到最大值0.195 W/m2,COD去除率为82.9%;二氧化锰阴极MFC效果次之,四氧化三铁阴极MFC的效果最差。     

活性炭空气阴极微生物燃料电池的放大和串并联组合研究

采用体积分别为28 mL(mL-MFC)和4.5 L(L-MFC)的单室空气阴极微生物燃料电池,考察了扩大化对活性炭空气阴极性能的影响.mL-MFC的最大功率密度为30 W/m3(1 200 mW/m2),L-MFC的最大功率密度为7.3 W/m3 (435 mW/m2),扩大化后活性炭空气阴极性能下降是致使L-MFC功率降低的主要原因.电化学阻抗(EIS)分析表明,L-MFC中阴极性能下降主要是由于工作水压增大,导致了阴极扩散电阻增大和氧气还原速率降低.通过串联或并联方式组合L-MFC,可明显提高电池的输出电压或电流;串并联组合后电池的功率密度有所下降,主要由电池连接时的接触电阻引起.     

微生物燃料电池阴极催化剂研究进展

针对微生物燃料电池中铂碳阴极催化剂的局限性,阐述了新材料催化剂的研究进展,列举了多种催化剂均表现出了良好的ORR性能,且成本低廉,解决了Pt/C阴极价格昂贵的问题,使微生物燃料电池的推广应用成为可能。     

阴极液及溶氧对微生物燃料电池性能的影响

研究微生物燃料电池在几种不同阴极液和曝气条件下处理餐饮废水及同步发电的性能。分别对以NaCl、K_3[Fe(CN)_6]和Na Cl+K_3[Fe(CN)_6]三种溶液为阴极液的微生物燃料电池进行了实验运行,对比分析了其产电性能和净水效果;对阴极室曝气和自然复氧两种条件下微生物燃料电池整体性能进行了对比研究。实验结果表明,阴极液和曝气条件的变化会影响微生物燃料电池的发电性能和净水效果。在以NaCl+K_3[Fe(CN)_6]混合液为阴极液且阴极室曝气的条件下,以餐饮废水为底物的微生物燃料电池的废水处理效果和产电能力最佳,相应的食堂原废水的产电电流密度稳态值为8.7m A·m~(-2),COD去除率为46.2%;模拟废水的产电电流密度稳态值为6.84 mA·m~(-2),COD去除率为33.1%。选择合适的阴极液和曝气状态,微生物燃料电池可有效处理餐饮废水并取得良好的发电性能。     

微生物燃料电池处理含铬废水并同步产电

以葡萄糖为阳极燃料、含铬废水为阴极液,碳毡为阳极、石墨板为阴极构建了双室微生物燃料电池,考察了阳极条件(底物浓度)及阴极条件(pH、初始六价铬浓度)对含铬废水的降解及MFC的产电性能的影响.结果表明低阴极液pH和高初始Cr(Ⅵ)浓度能改善MFC产电性能.当pH=2、初始六价铬浓度为177 mg/L、反应时间为10 h时,最大输出功率为108 mW/m~2,六价铬去除率为92.8%.阳极底物浓度对微生物燃料电池的性能也有影响.在微生物燃料电池中,阴极极化较小,表明该燃料电池有稳定的性能,微生物燃料电池对含铬废水的处理有应用潜力并能同步产电.     

微生物燃料电池阳极材料的研究概况

综述了不同种类阳极材料(碳基材料、金属基材料、改性材料、天然材料和新型材料)在微生物燃料电池中的研究进展,对阳极材料在微生物燃料电池中作用机理进行了总结。探究了不同阳极材料所产生的输出功率、功率密度、电压、电流密度以及对污染物的降解效果,分析了提升产能的原因。对微生物燃料电池阳极材料的不足之处进行了阐述,对其未来发展提出了展望。