聚吡咯复合材料在微生物燃料电池中的应用研究.pdf
摘要
摘要
微生物燃料电池（MicrobialFuelCell,MFC）是一种通过微生物代谢过程实
现可持续能源生产的有前途的技术。阳极材料的选择和改进对MFC的产电性能
具有重要作用。因此，本文着重研究了聚吡咯复合材料的制备及其作为MFC阳
极的应用，并探究了该复合材料对MFC产电性能的影响。
第一部分：聚吡咯/羧甲基纤维素/MXene杂化水凝胶改性阳极及MFC性能
研究。
本研究采用碳布（CarbonCloth,CC）为阳极基底材料，用廉价易得的生物
质原料羧甲基纤维素（CarboxymethylCellulose,CMC）和具有较大比电容的聚吡
咯（Polypyrrole,PPy）掺杂少量MXene通过一锅法制备了一种
PPy-CMC-MXene/CC杂化水凝胶。配备PPy-CMC-MXene/CC阳极的MFC的开
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路电压（OpenCircuitVoltage,OCV）值为0.73V，最大功率密度为1800mW/m，
CC900mW/m2212mF/cm22.79Ω
是裸（）的倍，电容为，电荷转移电阻为，分
别是裸CC的30.38倍和59倍。PPy-CMC-MXene/CC水凝胶具有良好的化学需
氧量（ChemicalOxygenDemand,COD）去除能力，去除率可达到89.2%，最优
库仑效率为20.3%。此外，高通量测序分析（16SrDNA）显示，
PPy-CMC-MXene/CC电极具有良好的生物相容性，有利于变形杆菌和不动杆菌
的富集。
第二部分：TiO@PPy复合材料改性阳极及MFC性能研究。
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本章探究金属氧化物与PPy的复合物对MFC产电性能的影响。采用CC为
阳极基底材料，分别以TiO@PPy核壳复合材料和PPy为修饰剂，制备了
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TiO@PPy-CC和PPy-CC两种阳极材料，并探究了其在MFC中的性能。配备
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TiO@PPy-CC阳极的MFC开路电压为810mV，高于配备PPy-CC（800mV）
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和CC（760mV）的MFC。说明对裸CC改性后可以明显提高MFC的产电性能。
PPy-CC1805mW/m2TiO@PPy-CC980
阳极的最大功率密度为，高于2阳极（
22
mW/m）和裸CC阳极（182.25mW/m）。同时，PPy-CC生物阳极的COD去
除率也高于TiO@PPy-CC阳极和CC阳极。16SrDNA结果显示，PPy-CC和
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TiO@PPy-CC阳极均有利于拟杆菌门、变形菌门、金黄单胞菌属和狭养单胞菌
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属的富集。此外，TiO@PPy-CC电极还有利于富集厚壁菌门和芽孢杆菌属。
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关键词：微生物燃料电池；聚吡咯；阳极改性；水凝胶；生物相容性
I
目录
目录
第1章绪论1
1.1引言1
1.2微生物燃料电池概述2
1.2.1微生物燃料电池发展历程2
1.2.2