氮掺杂茄子基生物炭制备微生物燃料电池阳极研究

作     者：田宇 王海曼 王贵强 

作者机构：沈阳建筑大学市政与环境工程学院 

出 版 物：《工业水处理》 (Industrial Water Treatment)

年 卷 期：2025年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年项目(51908377) 辽宁省教育厅基本科研项目(JYTMS20231594) 

主　　题：茄子基生物炭 氮掺杂 微生物燃料电池 阳极 微生物群落 

摘      要：微生物燃料电池（Microbial fuel cells，MFCs）的阳极是决定其性能的关键因素之一，为了提高传统碳布材料（Carbon Cloth，CC）的生物相容性及生物电催化活性，以氮掺杂茄子基多孔生物炭（Nitrogen-doped Eggplant-based Porous Carbon，NEPC）对CC进行表面修饰，制备了不同氮掺杂比例的茄子基生物炭阳极(NXEPC/CC)。当尿素和茄子粉末的质量比为2:1时制备的电极(N2EPC/CC)具有最佳的性能，电极的形貌结构表征及元素形态分析结果表明，其表面形成了致密的互联多孔网状结构，氮元素含量高达12.21%。附着生物膜后，N2EPC/CC电极的电荷转移内阻为9.32 Ω，较未挂膜阳极比下降了44.3%，表明生物膜的附着提高了电极的导电能力及胞外电子传递速率。以N2EPC/CC为阳极的H型双室MFCs的最大功率密度及COD去除率分别为348.48 mW/m2和（87.77±3.6）%，明显优于传统碳布阳极及其他氮掺杂比例的茄子基生物炭阳极。微生物群落分析表明，N2EPC/CC阳极表面形成了以Geobacter（7.29%）及Candidatus＿Competibacters（6.75%）等功能菌为优势菌群的微生物群落结构，具有较强的物种优势度，从而有利于强化N2EPC/CC-MFC的产电性能及COD去除效能。