沉积物微生物燃料电池电极修饰及阴离子去除的研究

作     者：梁会会 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨亲正

授予年度：2015年

学科分类：081704[工学-应用化学] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：沉积物微生物燃料电池 石墨烯 层状双氢氧化物 铁棒 硝酸盐 

摘      要：因为没有质子交换膜,沉积物微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell, SMFC)比起普通双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)电池成本低很多,受到广大学者的关注。本研究结合石墨烯以及层状双氢氧化物(LDH)的特性,将其分别修饰在SMFC的阳极和阴极,一方面用于提高SMFC的产电能力,另一方面提高阴极室对硝酸盐去除,进一步增加沉积物微生物燃料电池在实际应用中作用。使用经过石墨烯和LDH修饰后电极,微生物燃料电池的开路电压达到了0.75 V,其内阻为110Ω,根据功率密度曲线可以得到,在电流密度为1805 mA/m2时MFC具有最大输出功率密度519 mW/m2。最终的去除率能够达到74.7%,比空白的增加了近20%。另外研究了直接使用铁棒而没有外电路的反应体系的电压和硝酸盐氮的去除效果。该体系难以获得较大的电压,但是同样可以去除硝酸盐氮。结果显示,在18天时间内,铁棒反应体系的下降速率明显的快于空白对照组的反应体系。但是经过20天反应之后,两组的反应速率逐渐趋向于一致。最终的去除效率达到了98.3%,然而对照组的去除效率仅为79.3%。不同的初始浓度对于此反应体系中硝酸盐氮的去除效率基本上是相同的。不同的传递电子的材质,在前12天之内处于相同的去除速率,12天之后两者之间才出现差别,以至于硝酸氮的下降水平有了较为明显的区别,而最终的碳棒的去除效率为87.3%。亚硝氮和氨氮在整个过程中会略有增加,但是随着反应体系的运行会逐渐的低于检出限。这说明NH4+和NO2-仅作为反应中间产物生成,硝酸氮直接还原为没有污染性的氮气排放到空气中。最后,对两部分进行综合作用的研究。结果显示综合体系能够得到的最大电压可达0.7 V左右。在硝酸氮的去除效果中,可以看出,综合体系中的下降速率明显快于空白。但是经过14天反应之后,两组的反应速率又逐渐趋向于一致。最终的去除效率达到了85.7%。结果表明,修饰电极和铁棒在该反应体系中有一定的作用,既提高了阴极室中硝酸氮的去除率,又增加了电流的输出。