g-C 3 N 4 基复合光电阴极的制备及其在微生物光电化学池中用于污泥减量及产氢研究

发布时间：2024-03-12 18:54

　　当今社会面临着环境污染和能源短缺的危机,氢气作为绿色可再生能源具有广泛的应用前景。微生物光电化学池(Microbial photoelectrochemical cell,MPEC)作为一种新型产氢技术引起人们的广泛关注。MPEC主要是通过利用微生物催化氧化作用及太阳能照射光阴极实现有机物的降解同时达到产氢的目的。在MPEC系统中光阴极材料的选择非常重要。本文制备了两种不同的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基复合光阴极材料,对其进行表征并测试其光电催化性能。以剩余活性污泥作为阳极室有机污染物构建了MPEC系统,研究了两种复合光阴极在施加不同外加电压条件下对MPEC系统产氢和污泥降解的影响。主要研究内容和结果如下:(1)将石墨氮化碳(g-C₃N₄)和氮掺杂碳量子点(N-CQDs)负载在氧化镍纳米片(Ni O NAs)上制备了Ni O NAs/g-C₃N₄/N-CQDs复合光阴极。在可见光条件下,Ni O NAs/g-C₃N₄

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 微生物电解池(MEC)技术
        1.2.1 MEC工作原理
        1.2.2 MEC电极材料
    1.3 光电化学(PEC)制氢技术
        1.3.1 光电化学(PEC)阴极产氢机理
        1.3.2 光电阴极材料
        1.3.3 g-C₃N₄光催化产氢研究进展
    1.4 微生物光电化学池(MPEC)制氢技术
        1.4.1 MPEC技术原理
        1.4.2 MPEC技术研究现状
    1.5 研究目的、内容和创新点
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 创新点
第二章 实验材料及方法
    2.1 实验试剂和仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验材料
        2.2.1 光催化阴极的制备与表征
        2.2.2 光催化阴极的表征
        2.2.3 污泥来源及预处理
    2.3 MPEC启动与运行
        2.3.1 MPEC阳极改性
        2.3.2 MPEC启动装置
        2.3.3 MPEC反应器构建
    2.4 MPEC分析与测量方法
        2.4.1 污泥指标
        2.4.2 MPEC性能评价方法
第三章 NiO NAs/g-C₃N₄/N-CQDs光阴极MPEC污泥减量及制氢
    3.1 概述
    3.2 Ni O NAs/g-C₃N₄/N-CQDs光阴极表征和光电性能
        3.2.1 形貌分析
        3.2.2 X射线衍射(XRD)分析
        3.2.3 X射线光电子能谱(XPS)分析
        3.2.4 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)分析
        3.2.5 光致发光光谱(PL)分析
        3.2.6 光电化学测量
        3.2.7 光电催化机理
    3.3 MPEC系统产氢实验
        3.3.1 MPEC系统电流密度
        3.3.2 MPEC系统污泥减量
        3.3.3 MPEC系统产氢性能
    3.4 本章小结
第四章 g-C₃N₄/CQDs/Bi OBr光阴极MPEC污泥减量及制氢
    4.1 概述
    4.2 g-C₃N₄/CQDs/Bi OBr光阴极表征和光电性能
        4.2.1 形貌分析
        4.2.2 X射线衍射(XRD)分析
        4.2.3 X射线光电子能谱(XPS)分析
        4.2.4 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)分析
        4.2.5 光致发光光谱(PL)分析
        4.2.6 傅里叶红外(FT-IR)分析
        4.2.7 光电化学测量
        4.2.8 活性物种捕获实验
        4.2.9 光电催化机理
    4.3 MPEC系统产氢实验
        4.3.1 MPEC系统电流密度
        4.3.2 MPEC系统污泥减量
        4.3.3 MPEC系统产氢性能
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3926724