微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.     

二氧化铅电极的制备、表征及其电催化性能研究

以电沉积法制备了Ti/PbO2和Ti/MnO2/PbO22种电极.采用SEM、XRD和XPS等分析方法表征了电极的形貌、元素组成及元素化学态,并以罗丹明B为目标有机物,考察了所制备电极的析氧极化曲线和电催化活性以及Ti/MnO2/PbO2电极的循环伏安曲线.研究结果表明,Ti/MnO2/PbO2电极的稳定性、使用寿命、析氧电位和电催化活性较Ti/PbO2电极都有所提高,并且罗丹明B在Ti/MnO2/PbO2电极上的反应主要发生在析氧反应区,且反应不可逆.     

RuO_2-IrO_2/Ti阳极电催化降解偶氮染料甲基橙模拟废水

以自制Ti基Ru O2-Ir O2镀层形稳电极为阳极,采用电催化氧化处理偶氮染料甲基橙模拟废水。以硫酸钠为支持电解质,在自然p H条件下分别考察了电解时间、电极间距、电流密度和电解质浓度等因素对甲基橙去除率的影响,并分析其原因。实验结果表明,在自然p H、电极间距为1.0 cm、电流密度为30.0 m A/cm2、电解质硫酸钠浓度为20.0 g/L、电解1.0h,甲基橙去除率高达90.0%以上。因此,电催化氧化法作为一种高效、简便的染料废水处理技术,具有一定的应用潜力。     

偏电压对Ti/TiO2光电催化氧化富里酸的影响

采用光电催化反应器对水中天然有机物富里酸(FA)进行降解试验,考察了外加阳极偏电压对光电催化反应器降解富里酸的影响.结果表明,当外加电压为1.2V时,具有最佳的UV254和有机碳TOC去除率,当反应时间为2h时,富里酸的UV254和总有机碳TOC的去除率分别为77.4%和45.4%.另外,在反应初期(前1h内)富里酸光电催化反应动力学常数主要受外加偏电压的影响.     

光电催化降解壬基酚影响因素研究

采用sol-gel法制备TiO2薄膜光电极,以该电极为工作电极,铂丝作对电极,饱和甘汞电极为参比电极,对壬基酚的光电催化降解进行了研究。结果表明:该电极具有n型半导体的特征行为。在外加偏压为+0.8V、pH=5、、30mg/L的H2O2中对初始浓度为20mg/L的壬基酚溶液光照180min降解率达62.22%。讨论了氧的存在、外加偏压、pH等因素对光电催化反应的影响。     

铝材Sn-Ni混合盐电解着枪色参数研究

首先对铝片试样进行预处理,随后在恒定的电流密度和相同的氧化时间下,在铝材表面形成厚度均匀的阳极氧化膜,然后采用方波交流电,对铝试样进行电解着色处理,通过改变铝材电解着色工艺的着色时间、电流密度、正负电流比、占空比等因素来研究这些因素与铝材明度值和色差之间的关系。实验结果表明获得枪色的最佳工艺条件是:着色时间6m in左右,着色电流密度为1.40 A/dm2左右,正向电流比负向电流大7%左右,占空比55%左右。     

厌氧折流板式微生物燃料电池堆影响因素研究

微生物燃料电池(MFC)中输出电压/电流的提升,以及反应器体积的扩展放大是其工程化应用的关键。本文构建了一个总体积为6.4 L的新型厌氧折流板式微生物燃料电池堆(ABSMFC)。以葡萄糖作为底物,探讨了阳极材料、液面高程差和水力停留时间(HRT)等因素对ABSMFC性能的影响。结果表明,碳纤维毡作为阳极时,电池单体外电路平均分压(R_(ex)=1 000Ω)为210 mV,填充石墨颗粒后增加到319.8 mV。格室间存在液面高程差时,电池单体、串联和并联的功率密度分别为207.1、181.1和215.7 mW/m~2,当无液面高程差(即水力相连)时为205.8、69.5和151.5 mW/m~2。4个电池单体串联和并联连接时,HRT对ABSMFC的产电稳定性无影响,溶解性COD的去除率和库仑效率均随HRT的增加而升高,且并联效果优于串联。     

非缓冲微生物燃料电池运行性能及无机碳积累

考察了不同乙酸钠浓度下非缓冲微生物燃料电池(BLMFC)的运行性能和无机碳(IC)(HCO_3~-或H_2CO_3)积累情况。结果表明:阳极液中IC的积累浓度与乙酸钠浓度呈线性相关,在乙酸钠浓度为0.5 g·L~(-1)和1.0 g·L~(-1)的BLMFC体系中,IC积累浓度分别为8.02 mmol·L-1和13.60 mmol·L~(-1),阳极液出现酸化现象,pH降低至6.2和6.5;体系输出电压(U)与阳极液pH出现相同的先下降后上升的变化趋势,体系最大功率密度(P_(max))分别为242 mW·m~(-2)和428 mW·m~(-2)。当乙酸钠浓度增大到2.0 g·L~(-1)和3.0 g·L~(-1)时,IC积累浓度增加到30.64 mmol·L~(-1)和42.42 mmol·L~(-1);乙酸盐自身的缓冲作用和体系积累的较高浓度IC可以将阳极液pH维持在7.4～8.5,输出电压稳定在350 mV左右;P_(max)增大到668 mW·m~(-2)和699 mW·m~(-2),可以实现自缓冲稳定运行。     

Ti3C2纳米层状材料对废水中Cr（Ⅵ）的光催化去除性能

以Ti₃AlC₂为原料,采用HF刻蚀工艺制备出12种Ti₃C₂纳米层状材料,对其形貌进行了表征,并考察了以其作为光催化剂对废水中Cr（Ⅵ）的处理效果。实验结果表明：HF体积分数为80%、刻蚀时间为48 h时得到的MX-80-48的形貌较好;MX-80-48具有类似石墨烯的二维层状结构,纳米层厚度约20~50 nm,孔径2~10 nm,比表面积14.8 m²/g,在400~700 nm可见光范围内表现出强烈的吸光性;当Cr（Ⅵ）的初始质量浓度为40.00 mg/L、MX-80-48投加量为200 mg/L、pH=2、反应时间4 h（暗反应1 h+光照3 h）时,Cr（Ⅵ）去除率可达100%。     

铂载钴钼二元硫化物对H_2S电催化活性研究

为考察溶胶凝胶法制备的Co-Mo二元硫化物对H_2S气体的电催化活性,通过循环伏安法和Tafel曲线分析对铂载不同Co、Mo掺杂比的电催化剂进行表征.结果表明,不同阳极电催化剂交换电流密度J_0由大到小依次为,铂载n(Co):n(Mo)=2:3、铂载n(Co):n(Mo)=2:1、铂载n(Co):n(Mo)=1:1和铂,即铂载n(Co):n(Mo)=2:3阳极电催化剂具有较好的活性,这与循环伏安曲线测试结果一致.电解质溶液pH值为6～7时,随着温度的升高铂载n(co):n(Mo)=2:3阳极电催化剂活性呈现上升的趋势.优化后的Co、Mo掺杂原子比约为0.66,此类电催化剂在操作温度80℃下,交换电流密度为1.318mA/cm~2,表观活化焙值为616.6 kJ/mol .研究表明,铂载钴钼二元硫化物适合作为低温H_2S燃料电池阳极电催化剂,其中Co、Mo掺杂比对电催化活性影响较大.