负载生物质炭溶氧阴极 MFC产电性能研究
微生物燃料电池（MFC）技术是一种利用阳极产电菌为催化剂，通过微生物代谢功能，将产电底物（有机物/无机物）中的化学能转化为电能的燃料电池技术。该技术具有处理污水的环境增益效果，同时兼具产电能力，是一种新型清洁环保技术。MFC由于其原料来源广泛、运行条件温和、能量利用高效等特点已成为国内外的研发热点。本文针对 MFC系统，选取了3种生物质原料，通过热解的方式制备了生物质炭材料作为阴极催化剂，并结合物理化学表征手段，对它们的结构及化学组成进行了研究。依据其在溶氧阴极 MFC的产电效果，进一步研究了生物质炭在溶氧阴极 MFC中催化阴极氧还原（ORR）的产电性能，效果良好。 本研究主要内容包括：⑴确定了作为MFC阴极催化剂生物质炭的制备方法及最佳温度。选取富含氮的马尾藻为原料，在不同温度（400~800℃）条件下，采用两步法制备了不同温度的马尾藻生物质炭(SAC）催化剂(SAC-400， SAC-600， SAC-800）。结合物理表征、化学表征以及它们在电池中的应用效果，对其性能进行分析。结果显示：不同制备温度条件的生物质炭催化剂ORR性能大小依次为：SAC-600＞SAC-800＞SAC-400，表明SAC-600具有更加优秀的ORR催化性能， SAC催化剂的最佳制备温度条件为600℃。⑵研究了3种生物质原料制备MFC阴极生物质炭催化剂的性能及其在空气阴极MFC系统中的产电效果。在获得最佳碳化温度基础上，选取600℃为制备温度，以 XC-72R炭黑为对照组，考察了采用两步法制备马尾藻生物质炭（SAC），江蓠生物质炭（SGC），青贮能源草生物质炭（SCC）材料催化剂的 ORR性能及其在 MFC系统中的产电特性。结果表明：SAC的最大功率为2.61 W/m3，内阻为200Ω，XC-72R的最大功率为2.17 W/m3，内阻为200Ω，SCC的最大功率为1.83 W/m3，内阻为400Ω， GCC的最大输出功率为1.35 W/m3，内阻为200Ω。几种不同生物基催化剂在MFC中的最大功率密度依次为：SAC＞XC-72R＞SCC＞GCC。⑶研究了生物质炭催化剂在溶氧阴极MFC系统中的产电性能。优选 SAC-600为阴极催化剂构建了溶氧阴极 MFC。结果表明：负载生物质炭的溶氧阴极MFC启动快，启动时间为：24h，最高电压以及最大功率密度分别为450 mV和0.552 W/m3，超过未负载生物质炭溶氧阴极 MFC的最高电压及最大功率密度58mV和0.128W/m3。
燃料电池;溶氧阴极;生物质炭;热解合成
兰州理工大学
硕士
工程热物理
李金平;孙永明
2017
中文
TM911.45;TM205.1
63
2018-04-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）