微生物燃料电池阴极孔隙结构和表面优化及产电性能研究
| 摘要 | 第4-6页 |
| Abstract | 第6-7页 |
| 第1章 绪论 | 第16-35页 |
| 1.1 课题背景 | 第16页 |
| 1.1.1 课题来源 | 第16页 |
| 1.1.2 研究背景 | 第16页 |
| 1.2 微生物燃料电池技术 | 第16-21页 |
| 1.2.1 MFC的原理 | 第16-17页 |
| 1.2.2 MFC的特点 | 第17-18页 |
| 1.2.3 MFC的发展历程 | 第18页 |
| 1.2.4 MFC的功能拓展 | 第18-21页 |
| 1.3 MFC的研究现状 | 第21-32页 |
| 1.3.1 MFC空气阴极催化剂研究现状 | 第21-26页 |
| 1.3.2 MFC空气阴极结构研究现状 | 第26-28页 |
| 1.3.3 MFC阴极生物膜的研究现状 | 第28-30页 |
| 1.3.4 MFC处理生活污水的研究现状 | 第30-32页 |
| 1.4 本课题的目的与意义 | 第32-33页 |
| 1.5 主要研究内容与技术路线 | 第33-35页 |
| 1.5.1 研究内容 | 第33页 |
| 1.5.2 技术路线 | 第33-35页 |
| 第2章 实验材料与方法 | 第35-47页 |
| 2.1 MFC反应器构型 | 第35-36页 |
| 2.1.1 单室立方体MFC | 第35页 |
| 2.1.2 双室立方体MFC | 第35-36页 |
| 2.2 电极的制备及处理 | 第36-37页 |
| 2.2.1 碳布阴极 | 第36页 |
| 2.2.2 不锈钢网辊压阴极 | 第36-37页 |
| 2.2.3 碳刷阳极 | 第37页 |
| 2.3 分析测试方法 | 第37-42页 |
| 2.3.1 电极结构表征方法 | 第37-39页 |
| 2.3.2 电化学测试方法 | 第39-41页 |
| 2.3.3 电极传质测试方法 | 第41-42页 |
| 2.4 MFC启动与产电测试方法 | 第42-45页 |
| 2.4.1 MFC的启动 | 第42-44页 |
| 2.4.2 输出电流与电压 | 第44页 |
| 2.4.3 功率密度及电极电位 | 第44-45页 |
| 2.4.4 库伦效率 | 第45页 |
| 2.5 水质分析方法 | 第45-46页 |
| 2.5.1 化学需氧量 | 第45-46页 |
| 2.5.2 氨氮、亚硝态氮及硝态氮 | 第46页 |
| 2.6 生物学测试方法 | 第46-47页 |
| 2.6.1 细菌形貌 | 第46页 |
| 2.6.2 蛋白含量测试 | 第46-47页 |
| 第3章 催化层孔隙结构优化及性能研究 | 第47-73页 |
| 3.1 引言 | 第47页 |
| 3.2 不同孔隙结构阴极的制备 | 第47-50页 |
| 3.2.1 造孔剂的选择 | 第47-48页 |
| 3.2.2 电极制备方法 | 第48-50页 |
| 3.3 阴极形貌及催化活性分析 | 第50-59页 |
| 3.3.1 阴极形貌特征 | 第50-51页 |
| 3.3.2 阴极孔隙分布特征 | 第51-53页 |
| 3.3.3 孔隙率对阴极氧传质系数的影响 | 第53-54页 |
| 3.3.4 孔隙率对阴极电化学活性的影响 | 第54-57页 |
| 3.3.5 孔隙结构对阴极催化活性影响分析 | 第57-59页 |
| 3.4 不同孔隙结构阴极MFC产电性能评价 | 第59-62页 |
| 3.4.1 MFC的电压输出及库伦效率 | 第59-60页 |
| 3.4.2 MFC的最大功率密度及极化曲线 | 第60-62页 |
| 3.5 阴极长期运行稳定性研究 | 第62-68页 |
| 3.5.1 MFC最大电压及库伦效率变化 | 第62-64页 |
| 3.5.2 MFC最大功率密度变化 | 第64-66页 |
| 3.5.3 阴极表面结构变化 | 第66-68页 |
| 3.6 阴极承压特性研究 | 第68-71页 |
| 3.6.1 不同水压下阴极电流密度输出 | 第68-70页 |
| 3.6.2 不同水压下阴极催化活性机理分析 | 第70-71页 |
| 3.7 本章小结 | 第71-73页 |
| 第4章 生物膜附着对阴极性能的影响及机理 | 第73-92页 |
| 4.1 引言 | 第73页 |
| 4.2 生物膜附着及MFC系统性能变化 | 第73-78页 |
| 4.2.1 阴极生物膜形态及形成过程 | 第73-75页 |
| 4.2.2 MFC电能输出的变化 | 第75-76页 |
| 4.2.3 MFC内阻的变化 | 第76-77页 |
| 4.2.4 阴极生物膜分布对MFC功率密度的影响 | 第77-78页 |
| 4.3 生物膜对阴极结构的影响 | 第78-81页 |
| 4.3.1 生物膜对催化层表面形貌的影响 | 第78-80页 |
| 4.3.2 生物膜对催化层内部孔隙结构的影响 | 第80-81页 |
| 4.4 生物膜对阴极性能的影响机理 | 第81-85页 |
| 4.4.1 生物膜对阴极氧传质的影响 | 第81-83页 |
| 4.4.2 生物膜对阴极催化活性的影响 | 第83-84页 |
| 4.4.3 生物膜对阴极极化内阻的影响 | 第84-85页 |
| 4.5 阴极生物膜催化氧还原的研究 | 第85-91页 |
| 4.5.1 电极制备及电化学活性分析 | 第86-87页 |
| 4.5.2 MFC电压输出 | 第87-88页 |
| 4.5.3 生物膜电极循环伏安扫描分析 | 第88-91页 |
| 4.6 本章小结 | 第91-92页 |
| 第5章 催化层表面优化及抗生物污染的效能研究 | 第92-119页 |
| 5.1 引言 | 第92页 |
| 5.2 载银碳粉催化活性及抗生物污染的效能 | 第92-106页 |
| 5.2.1 载银碳粉催化剂制备及结构表征 | 第92-96页 |
| 5.2.2 载银碳粉催化剂氧还原催化活性 | 第96-98页 |
| 5.2.3 载银碳粉阴极运行性能 | 第98-100页 |
| 5.2.4 载银碳粉阴极抗生物污染特性 | 第100-101页 |
| 5.2.5 生物膜对阴极界面溶解氧浓度的影响 | 第101-103页 |
| 5.2.6 生物膜对阴极界面pH值的影响 | 第103-106页 |
| 5.3 亲水化阴极活性及抗生物污染的效能 | 第106-117页 |
| 5.3.1 粘结剂结构及不同亲水性阴极的制备 | 第106-108页 |
| 5.3.2 催化层亲水性分析 | 第108-109页 |
| 5.3.3 催化层荷电性分析 | 第109页 |
| 5.3.4 催化层亲水性对阴极电化学活性的影响 | 第109-113页 |
| 5.3.5 不同亲水性阴极在MFC中产电性能对比 | 第113-116页 |
| 5.3.6 亲水性及电负性催化层抗生物污染特性 | 第116-117页 |
| 5.4 本章小结 | 第117-119页 |
| 第6章 阴极实际运行效能研究 | 第119-143页 |
| 6.1 引言 | 第119页 |
| 6.2 MFC的启动与运行 | 第119-120页 |
| 6.3 MFC连续产电性能 | 第120-122页 |
| 6.3.1 MFC的电压输出 | 第120-121页 |
| 6.3.2 MFC的功率密度 | 第121-122页 |
| 6.4 MFC反应器内溶解氧及pH的变化 | 第122-125页 |
| 6.4.1 MFC内溶解氧的变化 | 第122-124页 |
| 6.4.2 MFC内pH的变化 | 第124-125页 |
| 6.5 MFC对污染物的去除效能 | 第125-130页 |
| 6.5.1 MFC对COD的去除效能 | 第125-126页 |
| 6.5.2 MFC对氨氮的去除效能 | 第126页 |
| 6.5.3 MFC中氨氮去除分析及总氮去除率 | 第126-130页 |
| 6.6 运行条件对MFC性能的影响 | 第130-141页 |
| 6.6.1 污水电导率对MFC性能的影响 | 第130-134页 |
| 6.6.2 外电阻对MFC性能的影响 | 第134-138页 |
| 6.6.3 开路对MFC效能的影响 | 第138-141页 |
| 6.7 本章小结 | 第141-143页 |
| 结论 | 第143-145页 |
| 参考文献 | 第145-158页 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 | 第158-160页 |
| 致谢 | 第160-161页 |
| 个人简历 | 第161页 |
