【《微生物燃料电池的性能测试实验探究》2200字】

微生物燃料电池的性能测试实验探究目录TOC\o"1-3"\h\u11023微生物燃料电池的性能测试实验探究 1318871.1前言 121041.2碳纳米管电极在MFC中的性能研究 1119511.2.1微生物燃料电池的产电性能研究 1166741.3阴极降解六价铬 31.1前言阳极决定了微生物燃料电池的性能。从第三章中得知海绵浸渍次数为20次的碳纳米管电极的电容性最好且电阻是最小的。在本章节中我们把化学性能最优异的碳纳米管电极应用到微生物燃料电池阳极中，由于海绵本是聚氨酯合成的，是绝缘的物体，不具有导电性，不能用作空白对照，因此用海绵浸渍次数为10次和30次的碳纳米管阳极作对照。然后对阳极微生物燃料电池的功率密度和极化曲线进行分析。分析微生物燃料电池中的碳纳米管电极的性能，并研究微生物燃料电池对于降解印刷废水中的六价铬的去除效率。1.2碳纳米管电极在MFC中的性能研究1.2.1微生物燃料电池的产电性能研究图4-1是碳纳米管修饰的多孔海绵材料作为MFC阳极的功率密度曲线，不同海绵浸渍次数下（10次、20次、30次）的对比图。由于海绵本是聚氨酯合成的，是绝缘的物体，不具有导电性，不能用作空白对照，因此用海绵浸渍次数为10次和30次的碳纳米管阳极作对照。对其进行功率测试和阳极极化测试。图4-1MFC功率密度曲线如图4-1所示，在微生物燃料电池的阳极均为S/CNT的条件下，海绵浸渍次数为20次的MFC功率密度最大，远远大于海绵浸渍30次MFC的功率密度和浸渍10次MFC的功率密度。其中海绵浸渍次数为20次的电极最大功率密度为3313mW/m3,其中电流密度为3.3A/m2，海绵浸渍次数为30次的电极为2355mW/m3，其中电流密度为2.3A/m2,海绵浸渍次数为10次的电极为1289mW/m3，其中电流密度为1.9A/m2,相比于浸渍次数为10次的电极浸渍20次的MFC功率密度提升了157.02%，相比于海绵浸渍次数为30次的电极的MFC功率密度提升了40.68%。这说明海绵浸渍次数为20次的S/CNT阳极修饰的MFC功率密度最大，产电能力最好。图4-2MFC电池极化曲线由4-2的电池极化曲线看到，在MFC均为S/CNT阳极修饰的条件下，海绵浸渍次数为20次的MFC最大开路电压为750mV，而海绵浸渍次数为30次的MFC最大开路电压为700mV，海绵浸渍次数为10次的MFC最大开路电压为650mV。当连接外电阻之后，MFC对外做功，随着电流密度增大，电压减小。开始发生极化现象。由于使用相同的阴极，所以MFC的极化曲线变化趋势跟阳极极化的变化趋势大致相同。海绵浸渍次数为10次时，阳极极化速度较快，海绵浸渍次数为20次时，阳极极化速度缓慢。如图可得，在电压为600mV时，海绵浸渍次数为10次的MFC电流密度为0.2A/m2，海绵浸渍次数为20次的MFC电流密度为2A/m2，海绵浸渍次数为30次的电流密度为1.6A/m2，在电压相同的情况下，海绵浸渍次数为20次的MFC电流密度最大。MFC极化的最慢，因此海绵浸渍次数为20次的MFC功率密度更高。图4-3是不同浸渍次数的碳纳米管修饰的阳极极化曲线，因为本文中，阴极材料是一样的，因此MFC性能的提高主要是阳极材料的改性导致的，从图中可以看出浸渍次数为20次的碳纳米管修饰的阳极极化最小，并且最大开路电势达到-0.45V，因为微生物产生的电子先储存在阳极中，因此储存的电子越多，阳极电势的值就越负，性能越好，因此从阳极极化曲线图中，可以得出结果，浸渍次数为20次的碳纳米管修饰的阳极性能最优。图4-3阳极极化曲线1.3阴极降解六价铬六价铬可以作为微生物燃料电池阴极的电子受体。海绵浸渍次数为20次的S/CNT阳极微生物燃料电池具有较高的输出功率，因此我们选择海绵浸渍次数为20次的S/CNT阳极微生物燃料电池作为电容材料，在最佳的条件下来对六价铬进行降解。在实验中，六价铬的浓度为10mg/L，阴极室的pH=2，以此构建出双室微生物燃料电池系统。该系统中，阳极为海绵浸渍的碳纳米管电极，在阴极室中，六价铬作为电子受体跟电子和质子发生还原反应，来对六价铬进行降解。海绵浸渍次数过多或过少都会对微生物燃料电池的功率密度产生影响，这也是海绵浸渍次数为20次去除率较高的原因之一。因此，我们选择海绵浸渍次数为20次的碳纳米管电极做阳极从而降低阴极室中的六价铬。碳纳米管电极具有很好的产电能力。以下方程式为阴极降解六价铬的原理，此过程发生在阳极中。有机物被分解成氢离子和电子。CH3COO−+4H2O→2HCO3−+9H++8e−(1)氢离子通过质子交换膜到达阴极，通过还原反应，生成了水。Cr6+被还原成Cr3+。由于阴极和阳极的电势不同所产生的电势差，电子通过外电路从阳极转移到阴极中，下面是反应方程式：Cr2O72−+8H++6e−→Cr2O3+4H2O(2)Cr2O3+6H+→2Cr3++3H2O(3)图4-4阴极降解六价铬去除率图4-5不同pH条件下的浸渍次数为20次的碳纳米修饰阳极MFC阴极还原六价铬去除率，在pH=6时，六价铬的去除率仅仅为70%，要低于pH=2时的88%，，主要原因可能是随着pH的提高，氢离子浓度减少，降低了反应的速率，从而导致六价铬还原的速率，因此从图中可以得出pH=2时的六价铬去除率最高。图4-5不同pH条件下的阴极还原六价铬去除率图4-3为三种海绵浸渍次数下（10次、20次、30次）六价铬的去除效率。六价铬在海绵浸渍次数为10次的微生物燃料电池中的去除率为67%，在海绵浸渍次数为20次的微生物燃料电池中的去除率为88%，在海绵浸渍次数为30次的微生物燃料电池中的去除率为65%。浸渍次数为20次的微生物燃料电池去除率比浸渍10次的高21%，比浸渍次数为30次的微生物燃料电池高23%。海绵浸渍次数为20次时，六价铬的还原速度最快，降解速率最高。而海绵浸渍次数为10次和30次的去除率低于海绵浸渍次数为20次说明浸渍次数过低或或高都会使去除率产生影响。因此