【摘 要】
：
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种生物电化学装置,它通过微生物催化在阳极液中发生催化电化学反应,将有机物中的化学能直接转化为电能。MFC因集发电、废水处理和传感器监测功能于一体而受到广泛关注,然而,较低的功率输出和低电流密度成为MFC应用的主要瓶颈。在MFC中,电子转移过程是由附着在阳极表面的微生物介导的,要实现更高的功率密度,阳极的选择至关重要。阳极材料必须具
【基金项目】
：
国家自然科学基金面上项目（61774033）； 国家重点研发计划重点专项（2018YFC1803100）；
论文部分内容阅读
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种生物电化学装置,它通过微生物催化在阳极液中发生催化电化学反应,将有机物中的化学能直接转化为电能。MFC因集发电、废水处理和传感器监测功能于一体而受到广泛关注,然而,较低的功率输出和低电流密度成为MFC应用的主要瓶颈。在MFC中,电子转移过程是由附着在阳极表面的微生物介导的,要实现更高的功率密度,阳极的选择至关重要。阳极材料必须具有更好的促进电子从细菌群落向外部电路转移的能力,关键特性包括生物相容性,耐腐蚀,低传输阻力和高电导率等诸多因素。二维（2D）结构,如过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）、石墨烯（GO）及石墨烯衍生物,具有良好的导电性和大的比表面积的优点,是用于MFC阳极的理想材料。这些2D材料能有效的促进细胞外电子转移过程,增加与电解液的接触面积,从而大大地提高MFC的功率密度,具有很好的发展前景。本论文主要研究了基于MXene的MFC阳极材料制备及性能研究,采用阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）和导电聚合物聚苯胺（PANI）对MXene进行改性,制备了两种复合物MXene@PDDA和MXene@PANI,并以碳布（CC）为基底应用于MFC阳极,提高阳极的导电性和生物相容性,进而提高MFC的发电性能。使用静电自组装法,通过静电吸引效应,利用PDDA表面修饰MXene制备MXene@PDDA复合物,以CC为基体制备MXene@PDDA/CC电极和MXene/CC电极,将其与CC电极作为阳极构建MFC。MXene较大的比表面积能够提供电子快速传输的通道和大量电化学活性表面,有助于可逆反应的快速发生,加快直接电子转移速率。同时,实验结果显示,PDDA可以显著改善MXene材料的疏水性,提高对导电细菌生物相容性。CC电极,MXene/CC电极和MXene@PDDA/CC电极构建的MFC,对应的功率密度分别为:580.18 m W·m-2,731.43 m W·m-2,811.21 m W·m-2。可以看出,通过PDDA改性MXene,二者制备的复合物材料能够使MFC的阳极具有良好的导电性和生物相容性,因而MXene@PDDA/CC电极的产电性能明显优于其它两电极。在MFC运行稳定时,研究其去除废水能力,向阳极液中加入100 mg·L-1的偶氮染料甲基橙,当MFC运行12 h后,MXene@PDDA/CC MFC对甲基橙的COD去除率达到84%,脱色率达到79%。实验结果表明,2D MXene片层与阳离子聚合物PDDA构建的复合材料可有效提高阳极的生物相容性,增加了导电细菌的粘附,并增强细胞外电子传输（EET）效率。阳离子聚合物PDDA表面改性MXene制备MXene@PDDA复合物,结合了二者的导电性,亲水性,将有效提高阳极的生物相容性,最终使MFC阳极上更多的细菌富集,有效提高EET效率。苯胺单体与多层MXene发生原位聚合,制备多层状MXene@PANI复合物,由于MXene刻蚀过程中产生表面官能团（-O、-OH、-F和-Cl）,苯胺单体发生自发聚合,此过程无需氧化剂。采用原位聚合法合成的多层MXene@PANI结构,为电子传输和电解液的输送提供了更多通道,也为微生物的附着和繁殖提供了更多空间,同时,MXene的导电性能可以降低电子传输阻力,从而增强MFC的功率输出,提高MFC的发电效率。以CC为基体制备MXene@PANI/CC电极作为阳极构建的MFC,相对与CC电极,其最大功率密度从480.5m W·m-2增加到737.28 m W·m-2。实验结果表明由二维MXene片层与苯胺单体构建的复合材料MXene@PANI可有效提高MXene的亲水性,形成多层结构,材料间的相互作用有效增加了细菌附着,增强电子传输效率,提高MFC的整体性能。
其他文献
近年来,我国城镇化水平的不断提高,国内各大中城市的常住人口逐年增加,相应的城市规模也在不断提升,许多城市都把修建地铁作为了构建适应于新时代要求的立体交通体系的重要途径。既是受上述国内大环境影响,也是顺应城市发展的需要,南通市也开始进行了轨道交通工程建设的相关工作。然而,自第四纪更新世以来,在地壳运动与古河流、古海洋等因素的共同作用下,南通地区形成了深达数百米的巨厚第四系沉积层,加之南通通江达海,地
乙酰丙酸（LA）作为十二个最重要的生物基平台化合物之一,其下游产品的开发具有巨大的潜力和应用市场。其中乙酰丙酸加氢可以转化为γ-戊内酯（GVL）,GVL可以溶于水、蜡和树脂等有机溶剂,可用作各种化合物的中间体,也可用作润滑剂、增塑剂、胶凝剂、汽油的添加剂等。乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯目前常用的催化剂往往需要用贵金属催化剂,高昂的成本限制了其进一步发展应用,因此,开发稳定、高效的廉价金属非贵金属催化
近年来,随着多媒体和网络传输技术的不断发展,人们对短视频和视频直播的质量要求日益增高。视频在拍摄、存储、编码、传输、播放等各个环节均可能引起空间失真和时序失真,导致视频的主观视觉质量降低,影响用户的观看体验。对视频质量进行合理有效的评价已变得越来越重要,视频质量评估领域的研究也受到越来越多的关注。常见的图像质量评估方法常用于衡量视频的空间失真,缺少衡量失真在时序上对视频质量造成的影响,因此与人眼主
随着港口建设逐渐向外海海域发展,沉入式大直径薄壁圆筒结构因其对波浪荷载大、地基条件较弱等外海不利条件具有较强适应能力而得到应用。目前沉入式大直径薄壁圆筒结构在水平荷载作用下的变位特征和整体工作性状是值得重视的关键问题。本文通过ANSYS三维有限元仿真模型,对沉入式大直径薄壁圆筒结构受力特征和整体工作性状进行研究。（1）研究构建了大圆筒结构的荷载-位移曲线。研究发现:在水平荷载下大直径薄壁圆筒和筒内
针对传统堆肥周期长、有机质降解效率低的问题，将耐热复合菌剂接种于餐厨废弃物高温堆肥中，研究其对有机质降解及微生物群落动态变化的影响。结果表明，接种耐热复合菌剂有利于：有机质降解，堆肥细菌群落丰富度和多样性的提高，厚壁菌门（Firmicutes）和尿素芽胞杆菌属（Ureibacillus）相对丰度的提高，冗余分析的结果表明，厚壁菌门（Firmicutes）对有机质降解的影响最强；网络分析结果表明，堆
目前催化合成2,2’-联吡啶的主要技术是以无水雷尼镍（Raney Ni）为催化剂,以吡啶为原料通过一步偶联制得。但该技术存在单程转化率低、极易被氧化以及爆炸危险等问题。本论文基于此,通过筛选合适的催化剂载体,加入合适的助剂,进一步开展吡啶脱氢制联吡啶催化剂的制备及性能研究。研究工作内容和结果主要从以下两个方面:（1）通过对吡啶脱氢催化剂载体的筛选及工艺条件优化,得出Al2O3是五种载体中最理想、最
超分辨率重建技术可以从低分辨率图像中重建出细节更丰富的高分辨率图像,广泛应用于医学影像、安防监控等现实场景。近年来,基于深度学习的超分辨率重建算法取得了远超传统非学习算法的优异性能。众所周知,训练数据的质量对模型的重建性能起着关键作用。本文立足于超分辨率重建模型的训练数据,从数据集的真实退化分布和数据采样机制两个角度展开研究。主流超分辨率模型大多采用下采样合成数据作为训练集,合成数据不符合真实图像
目的 观察通腑泄浊益气活血法治疗早期慢性肾脏病（CKD）的临床疗效及其对免疫功能和血清转化生长因子-β1（TGF-β1）、纤维连接蛋白（FN）的影响。方法 前瞻性选取2019年7月至2021年6月唐山市人民医院肾内科收治的106例早期CKD患者为研究对象，采用随机数字表法将患者分为两组，每组53例。对照组给予西药对症治疗，观察组在西药基础上结合通腑泄浊益气活血法治疗。比较两组治疗前及治疗4周后TG
本文以从糖浆中分离所得的嗜酸耐热菌（TAB）为试验菌株，探究该试验菌株在啤酒发酵过程所产生影响以及在糖浆添加过程中有效的控制方法。结果表明，TAB在啤酒发酵过程中对酵母泥活性有所影响；糖浆添加方式建议为沉淀槽添加，在95℃以上保温10min方可完全杀灭TAB。
传统的轴对齐边界框在对自然图像中,尤其是密集场景中具有明显旋转方向的目标进行检测时,往往不能很好地贴合目标边缘,这个问题可能会对后续的检测分割造成较大干扰,并影响实例分割模型的检测和分割性能。这个问题在遥感图像的目标检测过程中更加明显,为此一些遥感图像的目标检测方法引入了定向目标检测的思路,通过重新定义旋转或者倾斜的定向边界框,减轻对于检测过程的干扰。本文将定向目标检测的思路扩展到通用的自然图像中