微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)利用微生物降解有机物,将化学能转化为电能,是一种集污水处理与产电为一体的新型绿色能源技术。MFC的清洁环保与可持续发展特性,在污水处理及清洁能源方面受到了广泛关注。其降解原料来源广,不仅可处理生活废水,餐厨废水,还可以处理染料废水等难降解废水。目前,MFC还处于实验室研究阶段,输出功率密度低是限制其实际运用的主要原因。阳极作为MFC的重要组成部分,其性能的好坏将直接影响MFC的输出功率密度。因此,制备比表面积大、导电性能好及生物相容性好的高性能的阳极材料成为目前MFC阳极改性研究的重点。本研究以制备高性能的阳极材料为目的,选用聚苯胺及其复合材料对传统碳基材料进行改性研究,并将制备的电极材料运用于MFC中考察其对MFC产电性能与染料废水(活性艳红X-3B)降解性能的影响。研究内容与结论如下:1、采用电化学沉积法制备了聚苯胺膜-碳毡(PANI-CF)电极,探究获得了其最佳制备条件为:0.2 mol·L-~1苯胺,硫酸为掺杂酸,电聚合圈数40圈。研究发现,相比于传统的碳毡材料,聚苯胺膜电极有效提升了电极的导电性,增大了电极的比表面积,有利于产电细菌的生长附着。聚苯胺膜阳极MFC的最大输出电压为581.6 mV,是CF-MFC的1.37倍;最大输出功率密度为578.6 mW·m-~2,是CF-MFC的3.5倍。在处理RBR染料研究中,聚苯胺膜阳极MFC表现出良好的染料降解性能。运行48小时RBR的脱色率为91.3%,COD去除率为52.9%。生物多样性分析发现聚苯胺有效提升了电极的生物相容性。经过聚苯胺改性的阳极生物膜中的Proteobacteria细菌的比例显著高于未经修饰的CF电极,有利于产电的标志性Geobacter菌生长。2、通过原位生长与原位聚合的方法成功制备了镶嵌生长花瓣状NiO@聚苯胺-碳毡(NiO@PANI-CF)电极。研究发现NiO@PANI-CF电极同时具有聚苯胺的高导电性及NiO的高电容性,有效地克服了NiO导电性差的缺陷。以NiO@PANI-CF为阳极的MFC(NiO@PANI-MFC)的最大输出功率密度高达1078.8 mW·m-~2,最大输出电压达到725 mV,分别是CF-MFC的6.6倍和1.71倍。此外,NiO@PANI-MFC的电荷传输电阻仅为10.4Ω,比CF-MFC降低了68%。在染料废水的降解应用研究中,NiO@PANI-MFC运行48 h后,对RBR的脱色率高达92.33%,COD去除率达到64.24%。电极生物多样性分析表明,NiO@PANI-CF生物膜的Shannon指数最高,Geobacter菌丰富度高达15.44%,有利于Geobacter产电细菌的生长。3、通过浸渍提拉法与程序升温煅烧法制备了具有纳米孔洞棉网状结构碳@聚苯胺-碳毡(C@PANI-CF)电极。研究发现C@PANI-CF电极表面具有纳米多孔结构,有效地增大了电极的比表面积,且具有良好的电化学性能;以该电极为阳极的MFC(C@PANI-MFC)的最大输出功率密度高达1105.1 mW·m-~2,最大输出电压达到686 mV,分别是未经修饰碳毡阳极MFC(CF-MFC)的6.8倍和1.6倍。C@PANI-MFC的电荷传递电助仅为7.1Ω,相比CF-MFC降低了78.6%。在染料废水的降解应用研究中,C@PANI-MFC运行48 h后,对RBR的脱色率高达97.22%,COD削减率达到65.33%。在降解RBR染料废水时,与其他阳极MFCs相比,C@PANI-MFC保持了最高的输出功率密度,高达740.1 mW·m-~2。本论文通过以聚苯胺及其复合物对碳毡进行改性,制备了高性能的阳极材料,有效提升了MFC的产电性能与染料废水降解性能。本论文的电极制备方法可为MFC阳极改性提供新思路。