石墨烯掺杂聚苯胺阳极提高微生物燃料电池性能

作     者：黄力华 李秀芬 任月萍 王新华 HUANG Li-hua;LI Xiu-fen;REN Yue-ping;WANG Xin-hua

作者机构：江南大学环境与土木工程学院环境与生物技术研究室无锡214122 临沂大学生命科学院临沂276005 

出 版 物：《环境科学》 (Environmental Science)

年 卷 期：2017年第38卷第4期

页      面：1717-1725页

核心收录：

学科分类：0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(21076097) 江苏省“六大人才高峰”项目(2011-JNHB-004) 

主　　题：微生物燃料电池 阳极修饰 聚苯胺 石墨烯 产电 

摘      要：微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术可分解代谢污染物质并同步输出电能,在环境及能源领域吸引了越来越多的关注.但是,输出功率密度较低、成本较高、底物降解率低等特点限制了其实际应用,其中阳极是主要限制因素之一.本研究选取具有优异导电性、大比表面积的石墨烯和生物相容性较好的聚苯胺(polyaniline,PANI),并优化二者比例关系,制备得到石墨烯掺杂PANI复合材料.将复合材料涂覆在玻碳电极表面分析电化学性能,循环伏安(cyclic voltammetry,CV)和线性伏安扫描(linear sweep voltammetry,LSV)测试结果均显示石墨烯含量占比20%的复合电极(20%石墨烯)电化学性能最好.将复合材料修饰在碳布表面作为MFC阳极时以石墨烯含量占比5%的复合电极(5%石墨烯)生物电化学性能最佳,LSV得到最大输出功率密度为(831±45)m W·m-2,分别是20%石墨烯、1%石墨烯、石墨烯、PANI、碳布阳极的1.2、1.3、1.3、1.5、1.8倍.最大输出电压、开路电压、化学需氧量去除率、库仑效率、生物量密度均以5%石墨烯电极最高.电化学阻抗分析表明5%石墨烯电极极化内阻仅为(24±2)Ω,是碳布电极的19.8%.电化学和生物电化学性能并不完全一致,说明电极材料的生物相容性是影响MFC性能的主要因素之一.5%石墨烯阳极充分发挥了石墨烯和聚苯胺的优点,提高了MFC的产电性能.