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不锈钢微生物阳极的表面修饰及其耐腐蚀性能研究

发布时间:2023-05-27 19:16
  微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)是一种利用电活性微生物(electroactive microorganisms,简称EAMs)的新陈代谢氧化分解有机物,将化学能转化为电能的生物电化学技术。近年来,随着研究者们的不懈努力,MFC的理论基础研究逐渐成熟,MFC的实际应用,特别是在污水处理方面,受到研究者的广泛关注。MFC的阳极是产电微生物的生长场所,其生物电催化性能受阳极上EAMs的生长数量和电子传递速率的影响。提高阳极的生物电催化性能是推进MFC实际应用的关键。碳材料由于具有良好的稳定性和生物相容性是MFC常用的阳极材料;然而,因其具有相对较低的电导率、较差的机械性能、且不易加工等特点,使其实际应用受到了极大的限制。不锈钢材料(SS)具有优异的机械性能、良好的导电性、和易于加工等优点,在许多研究中被广泛用作MFC的集流体。但是其生物相容性较差,产电电流密度非常低(只有约0.02A·m-2)。针对SS的生物相容性差的问题,本文开展SS的表面修饰研究,以改善SS的生物相容性,提高其微生物电催化性能,从而提高MFC的产电性能;同时,本...

【文章页数】:72 页

【学位级别】:硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微生物燃料电池
        1.2.1 MFC的工作原理
        1.2.2 MFC的发展历程
    1.3 MFC的阳极材料
        1.3.1 碳基阳极及其表面修饰
        1.3.2 金属基阳极及表面修饰
    1.4 不锈钢的耐腐蚀研究
    1.5 本论文的研究意义及其主要内容
        1.5.1 本论文的意义
        1.5.2 本论文的主要内容
第2章 实验部分
    2.1 微生物培养所需药品
        2.1.1 磷酸缓冲溶液的配置
        2.1.2 微量金属元素溶液的配置
        2.1.3 维他命溶液的配置
        2.1.4 微生物营养液的配置
    2.2 材料的表征
        2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.3 X射线光电子能谱(XPS)
        2.2.4 能量色散X射线光谱(EDX)
        2.2.5 热重-差热分析(TG)
        2.2.6 激光拉曼光谱(Raman)
    2.3 耐腐蚀性能测试(Tafel)
    2.4 阳极的生物电化学测试
        2.4.1 时间-电流曲线测试(i-t)
        2.4.2 交流阻抗测试(EIS)
    2.5 阳极微生物膜的固定及形貌表征
第3章 不锈钢的热氧化修饰及其微生物电化学和耐腐蚀性能研究
    3.1 引言
    3.2 热处理不锈钢阳极材料的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 热处理不锈钢的形貌表征
        3.3.2 热处理不锈钢的成分分析
    3.4 热处理不锈钢的耐腐蚀性能
    3.5 热处理不锈钢的微生物电催化性能
        3.5.1 热处理不锈钢的电流密度-时间曲线
        3.5.2 热处理不锈钢的交流阻抗曲线
    3.6 本章小结
第4章 不锈钢的气相沉积表面修饰及其微生物电化学和耐腐蚀性能研究
    4.1 引言
    4.2 不锈钢的气相沉积表面修饰
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 NFO-SS和 CNM-SS的形貌表征
        4.3.2 NFO-SS的成分分析
        4.3.3 NFO-SS的热失重分析
    4.4 NFO-SS电极的耐腐蚀性能
    4.5 NFO-SS电极的微生物电催化性能
    4.6 NFO-SS电极的生物膜形貌表征
    4.7 本章小结
第5章 不锈钢的炭黑修饰及其微生物电化学和耐腐蚀性能研究
    5.1 引言
    5.2 SS/CB-heat复合阳极的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 SS/CB-heat的形貌表征
        5.3.2 SS/CB-heat的拉曼光谱分析
        5.3.3 SS/CB-heat的元素分析
    5.4 SS/CB-heat电极的耐腐蚀性能
    5.5 SS/CB-heat电极的微生物电催化性能
        5.5.1 SS/CB-heat电极的时间-电流密度曲线
        5.5.2 SS/CB-heat电极的交流阻抗曲线
    5.6 SS/CB-heat电极的生物膜形貌表征
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 本文结论
    6.2 展望
参考文献
在读期间公开发表论文(著)及科研情况
致谢



本文编号:3824111

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