【摘 要】
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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
【机 构】
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江南大学环境与土木工程学院环境与生物技术研究室,临沂大学生命科学院,
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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、库伦效率、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)?,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。
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