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摘 要

随着科学技术的不断进步，能源问题与环境污染问题越来越严重，每个国家都在抓紧时间研究新的清洁能源去代替现有的能源。经过近年来的不断地努力，MFC正在走进人们的视野，随着其效率的提高及成本方面的降低，MFC作为一种新型的清洁能源的前景将不可忽视。但仍然有制约MFC性能的因素存在，包括动力学因素和传递因素，仍需要我们继续努力。

本文重点研究了MFC阳极经过不同材料修饰后的产电能力的差异，首先使用碳毡制作MFC的阳极和阴极，其次分别使用石墨烯、石墨烯/壳聚糖（1:3）、石墨烯/壳聚糖（1:5），对阳极进行修饰，然后在阳极加入活性污泥作为微生物产电菌的来源，用按照配方配制的阳极液和阴极液，最后组装反应器，开始进行驯化和挂膜培养。关注输出电压并等到阳极产电菌稳定之后，选取输出电压稳定时期测出输出功率和。实验结果证实了用石墨烯、壳聚糖对碳毡进行修饰，可以有效的提高MFC的产电能力。

关键词: 微生物燃料电池（MFC） 壳聚糖（CS） 石墨烯(GO)

Abstract

With the continuous progress of science and technology, energy problems and environmental pollution problems become more and more serious, each country is seizing the time to study the new clean energy to replace the existing energy. After years of continuous efforts, MFC is entering the field of vision, with its efficiency and cost reduction, MFC as a new type of clean energy prospects will not be overlooked. But there are still factors that affect the existence of MFC performance, including the dynamics of factors and delivery factors, still need us to continue efforts.

In this paper, we focus on the difference of the production capacity of MFC anode after modification with different materials. First, the anode and cathode of MFC were made using carbon felt, followed by graphene, graphene / chitosan (1: 3), graphene / Chitosan (1: 5), the anode was modified, and then activated sludge was added to the anode as the source of the microbial production of the bacteria. With the anodic and catholyte arranged according to the formula, the reactor was finally assembled to start domestication and hanging Membrane culture. Concerned about the output voltage and wait until the anode electrosphere is stabilized, select the output voltage to stabilize the time to measure the output power and. The experimental results confirm that the modification of carbon felt with graphene and chitosan can effectively improve the production capacity of MFC.

Key words: Microbial fuel cell (MFC) Chitosan Graphene

目 录

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1能源消耗与环境问题 1

1.2 微生物燃料电池的基本工作原理 1

1.3 MFC反应器的结构类型 2

1.3.1 双极室MFC 3

1.3.2 单极室MFC 3

1.4 阳极材料 4

1.4.1 传统碳材料 4

1.4.2壳聚糖 5

1.4.3 石墨烯 5

1.5 微生物燃料电池的发展前景 6

1.6 课题研究的内容、目的和意义 6

1.6.1 课题研究的主要内容 6

1.6.2 课题研究的目的和意义 7

第二章 实验材料与方法 8

2.1实验材料 8

2.1.1主要试剂及仪器 8

2.1.2 实验装置 9

2.2实验方法 10

2.2.1 MFC的阴阳极液组成 10

2.2.2 MFC运行条件及材料选择 10

2.2.3 实验材料的处理方法 11

2.2.4 壳聚糖石墨烯聚合物的组装原理 11

2.3 实验步骤 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 各周期输出电压的情况 14

3.1.1 第一周期输出电压 14

3.1.2 第二周期输出电压 15

3.1.3 第三周期输出电压 16

3.1.4 第四周期输出电压 17

3.2 MFC的输出功率 18

3.3 MFC的极化曲线 19

3.4 MFC的伏安特性曲线 20

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 22

参考文献 23

第一章 文献综述

1.1能源消耗与环境问题

近年来，我国的环境污染和能源问题的形势更加严峻，雾霾的出现、温室效应、土地荒漠化、水污染问题等，这都在告诉我们要善待环境，这些问题与化石能源的过度利用有着密不可分的联系^[1]。为了解决这一刻不容缓的问题，我们必须致力于开发更加安全、高效、清洁的新能源，从而在环境和经济中获得平衡，实现环境的可持续发展。因此，世界各国在使经济飞速增长的同时，也要更加关心我们赖以生存的环境^[2]。

1.2 微生物燃料电池的基本工作原理

微生物燃料电池（Microbial fuel cell,简称MFC）是利用产电微生物将有机物中的化学能转变为电能的装置^[3，4]。本文采用有质子交换膜的双极室微生物燃料电池，如图1-1，它的基本工作流程为:在MFC的阳极区，微生物产电菌将有机物质氧化分解，产电菌消耗利用葡萄糖释放出电子和质子，电子从外电路传递到阴极，质子通过质子交换膜传递到阴极，在阴极室里，氧气、电子和质子结合反应生成水^[5]。随着产电菌持续在阳极分解有机物以及阴极反应的不断进行，整个MFC形成了一个连通的闭合回路，电子、质子的不断流动形成了电流。微生物燃料电池是新研发出来的、效率较高的、对环境友好的一门新兴技术，是未来世界研究方向的重点和热点技术。

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