项目名称: 微生物原位制作石墨烯修饰电极提升MFC产电的性能与机制

项目编号: No.21477039

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 化学工业

项目作者: 胡勇有

作者单位: 华南理工大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 针对疏水性石墨烯不能直接修饰电极技术障碍,以及对石墨烯电极提升MFC产电与对微生物毒性矛盾共存交互作用、石墨烯电极(阳极和生物阴极)MFC性能系统认识的缺失,采用MFC阳极微生物原位还原氧化石墨烯制作石墨烯修饰电极,和反转电极操作制备石墨烯生物阴极,构建石墨烯电极MFC。采用电化学和微生物学方法,探讨MFC阳极还原氧化石墨烯的关键影响因素,揭示MFC石墨烯阳极形成和运行过程关于氧化石墨烯还原与产电竞争电子、生成石墨烯电极沉积对微生物毒性与微生物覆膜更新、代谢与库伦效率之间的电化学和微生物学交互作用和调控机制;及MFC石墨烯生物阴极对阴极微生物的毒性、代谢与电子传递、催化氧还原反应的联动和调控机制。探索双石墨烯电极MFC的产电稳定性和关键影响因素,提出基于电生物化学的石墨烯电极MFC性能优化调控策略。为石墨烯电极MFC的应用提供技术支撑和理论依据,推动碳纳米材料修饰电极MFC的发展。

中文关键词: 微生物燃料电池;石墨烯;性能改善;生物毒性;性能调控

英文摘要: In order to overcome the technical bottlenecks of using graphene for improving electricity generation performance of the microbial fuel cell (MFC) including of unable to direct modify electrode because of hydrophobic property of grapheme, contradiction between enhancing electricity generation and biotoxicity using grapheme and insufficient knowledge related to the operation performances of the MFC using grapheme modified electrodes (anode and biocathode), a graphene modified electrode based on microbial reduction of graphene oxide on the surface of the glass carbon electrode was prepared in the anode chamber of the MFC and the prepared electrode was also used as biocathode through polarity reversion, and thus a whole-cell MFC using dual graphene modified electrode was constructed. Electrochemical and microbiological methods were used to discover the key factors affecting microbial reduction of graphene oxide in the anode chamber, electrons competition between anode and graphene oxide, interaction effects and regulation mechanisms of electrochemitry and microbiology related to the toxicity of formed grapheme to anodic and cathodic microbes during reduction of graphene oxide in terms of bioflim update, substrate metabolisms, electron transfer, coulombic efficiency and microbial reduction of oxygen in the biocathode. Finally, the electricity generation characteristics, key factors and stability of the whole-cell MFC using dual graphene modified electrode were investigated and the strategy for performance regulation of the MFC would be proposed. The study could provide a scientific basis for practical application of the MFC using microbial reduction of graphene oxide modified electrode.

英文关键词: microbial fuel cell;graphene;performance improvement;biotoxicity;performance regulation

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