甲硫氨酸沉积物和电化学沉积聚噻吩改性阳极对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

使用电沉积的方法制备导电聚噻吩修饰的碳毡及在沉积物中添加甲硫氨酸组成一种新型双改性阳极,以此构建海底沉积物微生物燃料电池,并对阳极的电化学性能和电池性能进行测试。结果表明,双改性阳极表面微生物的数量为空白组的11.30倍,生物膜电容是空白组的1.4倍,说明双改性阳极提高了微生物的数量;双改性阳极循环伏安电容量(302.6 F/cm~2)是空白组(38.20 F/cm~2)的8.0倍,峰电流密度为5.980 A/m~2,交换电流密度(48.29×10~(-3)m A/cm~2)是空白组(0.073 7×10-3m A/cm~2)的651.3倍,说明双改性组的氧化还原电化学活性、抗极化能力和电子转移动力学活性显著提高;双改性电池的输出功率(190.6 m W/m~2)是空白组(71.8 m W/m~2)的2.7倍,说明双改性方法提高了电池阳极的电化学性能和电池性能。     

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。     

SnO_2/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。     

添加大豆寡糖沉积物对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

通过向海底沉积物中添加不同浓度的大豆寡糖(SBOS),探究其对海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的影响。结果表明,阳极表面附近微生物数量与SBOS浓度有关,添加2 g SBOS组的微生物数量最多(9.310×10~(11)cfu/m~2),添加6 g SBOS组的微生物数量最少(7.680×10~8cfu/m~2);SBOS浓度影响阳极电化学性能,添加2 g SBOS组阳极的电容性、抗极化能力最好,添加6 g SBOS组的最差;高浓度SBOS有利于提高MSMFCs的实际输出电压,添加6 g SBOS组的平均输出电压高出空白组45 m V,高出其它实验组15~20 m V;空白组有机质消耗率最高,为66.15%,添加6g SBOS组的消耗率最低,为50.63%;SBOS以改变微生物数量的方式影响MSMFCs电化学、产电性能和有机质消耗率。     

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。     

外源营养物对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

以天然海泥(BMFC-0)、添加尿素的海泥(BMFC-1)和添加乳酸的海泥(BMFC-2)构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加营养物质对BMFCs电池性能及电极电化学性能的影响。结果表明,尿素和乳酸这两种营养物质明显影响海泥中微生物的数量和电化学性能;计数结果表明,BMFC-2中的细菌数量最多,约为1.08×10~(11)cfu/m~2,分别是BMFC-1和BMFC-0的2.97倍和13.5倍。Tafel测试结果表明,BMFC-2阳极生物膜电化学活性高于BMFC-1和BMFC-0;BMFC-1和BMFC-2的阳极电子交换动力学活性分别是BMFC-0的1.30倍和1.63倍。通路状态下,BMFC-2的输出电压最大(约520 mV),BMFC-0的输出电压最低(约175 mV);BMFC-2的最大输出功率密度为96.57 mW·m~(-2),分别是BMFC-0(10.94 mW·m~(-2))和BMFC-1(51.57 mW·m~(-2))的8.83倍和1.87倍。根据外源营养物质对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出了外源营养物提高电池性能的模型,阴极表面细菌数量增多,代谢产生的电子数量增加,生物膜增厚,生物模电容和双电层电容增大。     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

海底微生物燃料电池阳极邻苯二酚紫修饰及电化学性能

为了提高海底微生物燃料电池(BMFC)的功率,尝试利用邻苯二酚紫(PCV)修饰电池阳极,分析研究其电化学性能.结果表明,改性阳极表面的接触角由129.1°减小到了63.3°,亲水性增加.表面附着可培养异氧细菌数由6.8×105/cm2增加到1.6×106/cm2,数量提高1倍.改性阳极具有很好的抗极化性能,交换电流密度...     

AEO改性二氧化铅电极在降解甲基橙过程中的电化学行为

采用阳极氧化法在不锈钢基体上制备了脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)改性PbO2电极。通过SEM图像和XRD图谱分别考察了电极的表面形貌和物相组成,采用稳态极化法和循环伏安法分析了电极在甲基橙模拟废液中的电化学特性,并对质量浓度为10mg·L-1的甲基橙模拟废水进行了电催化降解实验。结果表明,与未改性PbO2电极相比,改性PbO2电极表面平整致密,具有较高的析氧电位和较高的氧化峰电流,有利于有机物的降解。降解实验结果表明改性电极的电催化活性高于未改性电极和石墨电极。     

Electrochemical degradation of phenol using electrodes of Ti/RuO(2)-Pt and Ti/IrO(2)-Pt

Electrochemical degradation of phenol was evaluated at two typical anodes, Ti/RuO(2)-Pt and Ti/IrO(2)-Pt, for being a treatment method in toxic aromatic compounds. The influences of current density, dosage of NaCl, initial phenol concentration on electrochemical phenol degradation were investigated. It was found that Ti/RuO(2)-Pt anode had a higher oxygen evolution potential than Ti/IrO(2)-Pt anode, which will increase the current efficiency for electrochemical degradation, and the instantaneous current efficiency (ICE) was relatively higher at the initial time during phenol electrolysis. HOCl formed during electrolysis would play an important role on the oxidation of phenol. For the Ti/RuO(2)-Pt anode, phenol concentration decreased from around 8mg/L to zero after 30min of electrolysis with 0.3g/L NaCl as supporting electrolyte at the current density of 10mA/cm(2). Although phenol could be completely electrochemical degraded at both Ti/RuO(2)-Pt and Ti/IrO(2)-Pt anodes, phenol degradation was slower at the Ti/IrO(2)-Pt anode than at the Ti/RuO(2)-Pt anode due to the fact that passivation was to be found at the Ti/IrO(2)-Pt anode.     

2种碱化剂对压水堆二回路结构材料腐蚀行为的影响

为考察碱化剂抑制压水堆二回路结构材料腐蚀的情况,通过腐蚀失重法、电化学极化曲线、扫描电镜(SEM)以及小角XRD分析等方法研究了模拟压水堆二回路水化学环境中分别添加乙醇胺(ETA)和氨水(NH_3·H_2O)_2种碱化剂对A508Ⅲ钢和P22钢2种结构材料的腐蚀行为的影响。结果表明:2种结构材料腐蚀速率均在10~(-1)~10~(-2)mg/(dm~2·h)之间,但在ETA中腐蚀电流密度更小,腐蚀速率也更低。在2种结构材料表面形成的主要腐蚀产物均为Fe_3O_4,SEM观察到在ETA中生成的腐蚀产物较为致密。比较ETA与NH_3·H_2O的物化性能,可知在高温水(280℃)中ETA的挥发性能弱于NH_3·H_2O,因此添加ETA的溶液的pH值更高,pH值的不同决定了2种材料的溶液腐蚀行为的差异。综上所述,二回路结构材料在ETA环境中的耐蚀性能更好。     

Co3O4电化学电容电极材料的制备及性能研究

利用水热法,以硝酸钴为原料,分别以碳酸氢铵、六次甲基四胺为沉淀剂,制备了Co3O4。借助X射线衍射、扫描电子显微镜手段对样品进行表征。以六次甲基四胺为沉淀剂制得的Co3O4,在6 mol.L-1KOH水溶液中,电位窗口为0～0.4V内,通过循环伏安和恒流充放电测试,显示该材料制备的电极具有良好的电容行为。充放电流在为5 mA时,单电极的比容量达到239 F.g-1,是以碳酸氢铵为沉淀剂制得的Co3O4电极的1.57倍,说明以六次甲基四胺为沉淀剂制备的Co3O4具有较好的电化学电容性能。     

Development of a high performance electrochemical wastewater treatment system

In order to construct a high performance electrochemical system for practical use in industrial and municipal wastewater treatment, laboratory scale electrochemical experiments were performed to select anode materials by applying pulse voltage. Based on the results obtained from laboratory experiments, a pilot plant of electrochemical treatment system (0.3 m3 h(-1)) was successfully developed, in which electrocoagulation and electrooxidation processes were used. The performance of the treatment system was evaluated by treating domestic wastewater, pond water containing algae and wastewater from hog raising. As a result, production of hydroxyl radicals detected with p-nitrosodimethylaniline (RNO) at Ti/RuO(2)-TiO(2) anode was larger than with a platinum anode, and hydroxyl radicals were not detected at Ti anode. Moreover, a significant difference in electrocatalytic properties for ammonia oxidation between platinum and Ti/RuO(2)-TiO(2) electrodes was not observed from the cyclic voltammogram. The removal of T-N, T-P, NH(4)-N and COD from domestic wastewater and pond water containing algae was approximately 90%, while the removal of chlorophyll-a (chl-a) of algae was approximately 100%. Although the electrochemical treatment system was effective on biologically treated wastewater from hog raising, the treatment of raw wastewater was not remarkable. Therefore, the electrochemical treatment system requires pretreatment when used with wastewater containing high concentrations of suspended solids.