硫酸盐还原菌制成燃料电池研究分析进展.ppt

硫酸盐还原菌制成燃料电池的研究进展 宝山壁画 宝山壁画是引人注目的昂贵文物。此壁画发现于阿鲁科尔沁旗东沙布乡境内。1994年列为“全国十大考古新发现”之一。宝山壁画中最引人注目的是《杨贵妃教鹦鹉图》。该画高0.7米、宽2.3米，用于笔重彩绘制，最突出的表现了 晚唐风格。唐代擅长绘贵妇仕女的大师周昉绘制了《杨贵妃教鹦鹉图》，不仅享誉中原，而且还影响全国各地。发现于阿旗宝山古墓里的这幅画，就是契丹人聘请中原画家按照周氏风格绘制的， 技法深得周氏画风的真传。在唐人真迹稀如星风的今天，能够从中完整了解唐代人物画的杰出成就，堪称美术史研究的辛事。这幅壁画现今保存在阿鲁科尔沁旗博物馆，历经千年，恍如新绘，是该馆的镇馆之宝。 欢迎大家观看！ * 微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂，将燃料中的化学能直接转化为电能的生物反应器，它是在生物燃料电池的基础上，伴随着微生物、电化学及材料等学科的发展而发展起来的。 微生物燃料电池发展简史 基本原理 微生物燃料电池以附着于阳极的微生物作为催化剂，降解有机物（葡萄糖，乳酸盐，醋酸盐等）产生电子和质子。电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；质子通过分隔材料（质子交换膜PEM 或盐桥）或直接通过电解液到达阴极，在阴极与电子、氧化物（铁氰化钾、氧气等）发生还原反应，从而完成电池内部电荷的传递。图1.1 是典型的双室MFCs（由PEM 分隔）及其工作原理示意图。 硫酸盐还原菌制成燃料电池 单室空气阴极MFC 的构造及运行 本实验设计的ACMFC 为一定制的长方体有机玻璃容器，如图2.1 所示，有效部分尺寸为5 cm(径)×5cm(直径)×(π/4)×3 cm(宽)。一侧密闭另一侧开孔，孔尺寸3cm(径)×3cm(径)×(π/4)。阳极采用普通碳布（比较阳极时改用特定阳极材料），阴极采用载铂碳纸（载铂0.35mg/cm2，购于大连化物所）（比较阴极催化剂时改用特定阴极材料）。用螺丝将阳极夹入密封侧；阴极夹入开孔侧，确保催化剂一侧朝向电解液；用导线引出。阳极有效面积为20 cm2，阴极有效面积7 cm2。为防止渗水，电极周围用703 胶（江苏省）密封。 图2.1 单室空气阴极微生物燃料电池装置（从左到右为：阳极、阴极、侧面） 对搭建好的电池进行紫外灭菌，再用无菌生理盐水冲洗。随后加入培养至稳定生长期的SRB 菌液，排尽空气，加塞密封。外电路接1 kΩ定值电阻，监测外电路电压随时间变化规律。随后以灭菌过的培养基作为模拟废水启动电池，跟踪放电电压随时间的变化。电池运行在30℃ 空调室内进行。 双室MFC 中碳布刷电极的构造 双室MFC 中阳极和阴极采用同样设计。制作参照文献27，但有所不同。文献中阳极是将碳纤维在Ti 丝上绞成刷子。本实验直接将厚碳布折叠后用Ti 丝夹紧，再将碳布外侧按一定间距剪开，成型后如图2.2 所示。该电极与文献27 中电极相比，具有更大的比表面积，更利于细菌吸附。为缩短电池启动时间，在构建电池前，将紫外灭菌过的电极在相应菌液中浸泡一周。 图2.2 厚碳布刷电极 双室MFC 的构造及运行 本实验设计的双室微生物燃料电池为一长方体有机玻璃容器，如图4 所示，有效部分尺寸为5 cm(直径)×5cm(径)×(π/4)×5 cm(宽)×2。长方体左边为阳极室，右边为阴极室，中间以质子交换膜(Nafion117，Dupont) 隔开。电池两侧及中间质子交换膜由螺丝固定。为防止渗水，电池夹板处和质子交换膜周围都以703 胶密封。见图2.3。 图2.3 双微生物燃料电池装置 电池搭建好后，在阳极室中加入培养至稳定生长期的SRB 菌液，在阴极室中加入培养至稳定生长期的TD 菌液，排尽空气，加塞密封。先监测开路电位随时间变化规律。后在外电路接1 kΩ定值电阻，观察外电路输出电压。电池运行在30℃ 空调室内进行。 阳极及阴极材料制备及运行条件 1 阳极材料聚苯胺/二氧化钛的制备 2 以FePc 为催化剂的阴极材料的制备 3 以MnO2 为催化剂的阴极材料的制备 4 比较阳极材料的运行条件 5 比较不同催化剂阴极材料的运行条件 1 阳极材料聚苯胺/二氧化钛的制备 1.以溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛：配制0.2mol·L-1 的(NH4) 2TiF6 溶液100ml和0.6 mol·L-1 的H3BO3 溶液100ml，等体积混合后于磁力搅拌器上充分搅拌，搅拌过程中加入少量锐钛矿型TiO2 粉体作为结晶诱导体，继续搅拌30min。用盐酸和氨水调节反应溶液至pH=2。35℃ 恒温沉积6h 后过滤洗涤，60℃ 下干燥12h。即得到二氧化钛粉末。 2 .在二氧化钛表面合成聚苯胺：先配制0.1mol·L-1 的HClO4 溶液500ml，得溶液A；以溶液A 为溶剂配制0.2mol·L-1