碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10~(-2)A·m~(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m~(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。     

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。     

SnO_2/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。     

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

添加大豆寡糖沉积物对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

通过向海底沉积物中添加不同浓度的大豆寡糖(SBOS),探究其对海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的影响。结果表明,阳极表面附近微生物数量与SBOS浓度有关,添加2 g SBOS组的微生物数量最多(9.310×10~(11)cfu/m~2),添加6 g SBOS组的微生物数量最少(7.680×10~8cfu/m~2);SBOS浓度影响阳极电化学性能,添加2 g SBOS组阳极的电容性、抗极化能力最好,添加6 g SBOS组的最差;高浓度SBOS有利于提高MSMFCs的实际输出电压,添加6 g SBOS组的平均输出电压高出空白组45 m V,高出其它实验组15~20 m V;空白组有机质消耗率最高,为66.15%,添加6g SBOS组的消耗率最低,为50.63%;SBOS以改变微生物数量的方式影响MSMFCs电化学、产电性能和有机质消耗率。     

海底微生物燃料电池阳极邻苯二酚紫修饰及电化学性能

为了提高海底微生物燃料电池(BMFC)的功率,尝试利用邻苯二酚紫(PCV)修饰电池阳极,分析研究其电化学性能.结果表明,改性阳极表面的接触角由129.1°减小到了63.3°,亲水性增加.表面附着可培养异氧细菌数由6.8×105/cm2增加到1.6×106/cm2,数量提高1倍.改性阳极具有很好的抗极化性能,交换电流密度...     

外源营养物对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

以天然海泥(BMFC-0)、添加尿素的海泥(BMFC-1)和添加乳酸的海泥(BMFC-2)构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加营养物质对BMFCs电池性能及电极电化学性能的影响。结果表明,尿素和乳酸这两种营养物质明显影响海泥中微生物的数量和电化学性能;计数结果表明,BMFC-2中的细菌数量最多,约为1.08×10~(11)cfu/m~2,分别是BMFC-1和BMFC-0的2.97倍和13.5倍。Tafel测试结果表明,BMFC-2阳极生物膜电化学活性高于BMFC-1和BMFC-0;BMFC-1和BMFC-2的阳极电子交换动力学活性分别是BMFC-0的1.30倍和1.63倍。通路状态下,BMFC-2的输出电压最大(约520 mV),BMFC-0的输出电压最低(约175 mV);BMFC-2的最大输出功率密度为96.57 mW·m~(-2),分别是BMFC-0(10.94 mW·m~(-2))和BMFC-1(51.57 mW·m~(-2))的8.83倍和1.87倍。根据外源营养物质对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出了外源营养物提高电池性能的模型,阴极表面细菌数量增多,代谢产生的电子数量增加,生物膜增厚,生物模电容和双电层电容增大。     

Fenton试剂改性海底生物燃料电池阳极及电化学性能

阳极材料直接影响海底生物燃料电池的性能。本文采用一种新型改性试剂—Fenton试剂对石墨阳极进行改性处理。结果表明,改性后电极表面主要引入了羟基和羰基,接触角从82°减小到48°,亲水性明显提高。塔菲尔曲线显示,改性前后交换电流密度分别为0.05 A/m2、0.17 A/m2,电极的动力学活性显著增加,提高了两倍之多。改性和未改性电池的最大输出功率密度分别为33.21 mW/m2、20.27 mW/m2,提高了64%。这是由于阳极表面处理后引入的羟基和羰基充当了电子转移介体,明显提高了电极反应动力学活性,增加了阳极表面细菌吸附数量,加速了阳极反应,提高了电池性能。该类高性能阳极材料可望用于海底生物燃料电池的开发。     

X65管线钢在沉积物下腐蚀与缓蚀剂作用效果

通过电化学阻抗谱和动电位扫描法研究X65管线钢在含氧氯化钠溶液中沉积物对电化学参数的影响。采用电阻法(ER)结合零电阻电流计(ZRA)研究X65钢在沉积物覆盖下的电偶腐蚀行为与不同浓度有机膦缓蚀剂的作用效果。结果表明:X65钢在SiO_2沉积物覆盖时腐蚀电位负移,腐蚀速率降低。当有沉积物覆盖与无沉积物覆盖的电偶试片相连时,X65钢在沉积物下发生阳极极化,阳极电偶电流密度在18h内由120μA/cm~2衰减到50μA/cm~2并保持稳定。依次加入5×10~(-5),8×10~(-5)和3×10~(-4)浓度的PBTCA后,电偶电流在最高升至1300μA/cm~2后逐渐下降并稳定在610μA/cm~2附近,沉积物下X65钢腐蚀速率达到6.11mm/a,PBTCA加速了X65钢在含氧溶液中沉积物下的腐蚀。通过对试片表面进行观察,沉积物下X65钢表面发生了严重的局部腐蚀。     

Performance of polyacrylonitrile-carbon nanotubes composite on carbon cloth as electrode material for microbial fuel cells

The performance of carbon nanotubes composite-modified carbon cloth electrodes in two-chambered microbial fuel cell (MFC) was investigated. The electrode modified with polyacrylonitrile-carbon nanotubes (PAN-CNTs) composite showed better electrochemical performance than that of plain carbon cloth. The MFC with the composite-modified anode containing 5 mg/cm2 PAN-CNTs exhibited a maximum power density of 480 mW/m2.     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

丝网状镍钴硫金属化合物电化学性能研究

通过简单两步水热的方法在泡沫镍基底上成功制备出丝网状三维网络结构的Ni Co2S4,研究了材料的电化学性能,结果表明,Ni Co2S4@泡沫镍电极材料具有高的面积比电容,在电流密度为10 m A/cm~2时,面积比电容可达到2.87 F/cm~2;电流密度从10 m A/cm~2增大到50 m A/cm~2,电容保持率为60.9%;在负载量为6.21 mg/cm~2时,在30 m A/cm~2的高电流密度下充放电1 000次,电容保持率仍为67.3%。