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微生物燃料电池(MFC)是新一代的发电装置,其利用微生物氧化分解装置中的有机化合物并同时产生电流,具有绿色环保、实现能源循环利用等优点,是研究者重点研究课题之一。离子交换膜作为MFC系统中的主要部分之一,起着传导质子的重要作用,其性能优劣直接影响MFC整体性能高低。目前研究中采用最多的是Nafion全氟磺酸系列离子交换膜,该膜质子传导率较高,性能稳定,但其制作工艺复杂,成本较高,一定程度上限制了其发展。本研究中通过改性聚偏氟乙烯(PVDF),制备离子交换膜,并将其应用于MFC中,与N117膜进行性能对比。本文利用臭氧的强氧化性,对溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的PVDF溶液进行预处理,使其分子链产生活性过氧基团,然后加入引发剂过氧化苯甲酰(BPO)和溶解于二甲基亚砜(DMSO)中的对苯乙烯磺酸钠(SSS)溶液,通过热引发接枝的方法制得聚合物(PVDF-g-SSS),最后采用溶剂挥发法制备改性后PVDF膜(PS膜)。利用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对接枝前后PVDF的结构进行表征,FT-IR分析显示,在1668cm-1处出现了-C=C-的特征吸收峰,1009cm-1处出现了磺酸基的特征吸收峰;SEM观测到接枝后膜的表面微孔孔径变小,密度增大,结构更加均匀致密;XRD分析表明接枝前后PVDF的晶型形态没有发生变化,但晶体结构由有序向无序发生转变;XPS分析发现接枝后膜的表面增加了S和O元素;以上分析都直接或间接证明SSS成功接枝到PVDF分子链上。本文同时考察了SSS单体用量对PS膜的离子交换容量(IEC)、接枝率、电导率、表面接触角、含水率、溶胀率以及机械强度等性能的影响,综合各方面考虑,最终确定当PVDF/SSS的比例为1/5时,PS膜性能最优,此时IEC为2.5mmol/g,电导率为0.046s/cm。本课题将自制PS膜与N117膜同时放置于两个条件完全相同的MFCs装置中,通过测试两个MFCs系统的输出功率密度、极化曲线、COD去除率以及库伦效率(CE)间接反映两种离子交换膜的基本性能差异,结果表明:PS膜MFC系统的内阻和COD去除率高于N117膜MFC系统,功率密度和CE值较之略低,但由于PS膜成本低,故仍具有使用价值。