PVDF-g-PSSA/SiO 2 -SO 3 H复合质子交换膜的制备及在微生物燃料电池中的应用研究

发布时间：2024-04-24 05:07

　　近年来微生物燃料电池(MFC)备受关注,寻求廉洁高效,抗污染性能好的微生物燃料电池质子交换膜是研究热点。本文自制了磺化SiO₂纳米颗粒并将不同量的SiO₂-SO₃H颗粒掺杂PVDF-g-PSSA均聚物共混成膜,再将不同添加量的SiO₂-SO₃H复合膜、SiO₂复合膜、PVDF-g-PSSA膜的亲水性能、质子传导率等综合性能进行对比,优选出最佳添加量的膜。使用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对SiO₂-SO₃H复合膜、Si O₂复合膜、PVDF-g-PSSA膜的官能团结构、表层形貌和晶型构造等进行表征;利用QCM-D考察三种膜在超纯水和50mMPBS溶液中对蛋白质的吸附行为,同时测定两种溶液中BSA及膜的表面ZETA电位以探求膜的抗污染性能。最后将优选的SiO₂-SO₃H复合膜、SiO₂

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 微生物燃料电池
        1.2.1 微生物燃料电池简介
        1.2.2 微生物燃料电池的发展
        1.2.3 微生物燃料电池的分类
    1.3 质子交换膜技术
        1.3.1 质子交换膜简介
        1.3.2 质子交换膜的质子传递机理
        1.3.3 质子交换膜的分类
        1.3.4 无机粒子改性质子交换膜
    1.4 质子交换膜膜污染问题
        1.4.1 质子交换膜膜污染原因及影响
        1.4.2 改性质子交换膜抗污染性研究进展
    1.5 耗散型石英微天平(QCM-D)技术
        1.5.1 QCM-D技术的研究进展
        1.5.2 QCM-D在膜污染研究的应用
    1.6 本课题研究意义及内容
        1.6.1 研究意义
        1.6.2 研究内容
        1.6.3 技术路线
2 实验材料及方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验设备与仪器
    2.2 实验方法
        2.2.1 磺化SiO₂的制备
        2.2.2 质子交换膜的制备
        2.2.3 QCM-D膜样品制备
        2.2.4 PBS缓冲液制备
    2.3 测试分析
        2.3.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析
        2.3.2 XPS分析
        2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)测试
        2.3.4 X射线衍射仪(XRD)分析
        2.3.5 含水率测试
        2.3.6 溶胀率测试
        2.3.7 接触角测定
        2.3.8 离子交换容量(IEC)测定
        2.3.9 质子传导率测试
        2.3.10 膜抗污染性能测试
        2.3.11 力学性能测试
        2.3.12 电流密度的测定
        2.3.13 极化曲线的测定
        2.3.14 功率密度的测定
        2.3.15 COD去除率和库伦效率测定
3.磺化SiO₂改性PVDF-g-PSSA膜的主要性能研究
    3.1 磺化无机颗粒结构分析
        3.1.1 颗粒红外分析
        3.1.2 颗粒XPS分析
    3.2 不同改性膜的综合性能分析
        3.2.1 亲水性能分析
        3.2.2 质子传导率和离子交换容量分析
        3.2.3 膜的力学性能分析
        3.2.4 小结
    3.3 质子交换膜结构分析
        3.3.1 膜红外光谱分析
        3.3.2 SEM分析
    3.4 本章小结
4 磺化SiO₂改性PVDF-g-PSSA膜的抗污染性能及其在MFC中的应用
    4.1 磺化SiO₂改性PVDF-g-PSSA膜的抗污染性能研究
        4.1.1 膜表面及BSA的ZETA电位测定
        4.1.2 QCM-D研究膜表面吸附行为
    4.2 改性膜用于微生物燃料电池的性能
        4.2.1 微生物燃料电池的组成
        4.2.2 MFC的接种与运行
        4.2.3 MFC的功率密度和极化曲线对比
        4.2.4 MFC的COD去除率和CE对比
    4.3 本章小结
5 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议与展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士期间发表的论文



本文编号：3963279