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微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)是一类利用微生物降解有机物同时产电的技术,在水处理方面具有良好的应用前景。但目前MFC的产电功率仅为10-2～101W/m2,应用受到很大限制。分离膜及电极材料是MFC的重要组成部分,对MFC的产电特性影响很大,因此本论文制备了两类离子交换膜材料及一类β-MnO2改性石墨毡电极材料,探讨了它们在MFC中的应用表现。首先,制备了一系列不同离子交换容量(IEC)的侧链型磺化聚芳醚(sSPFAE)阳离子交换膜,研究了该系列膜在双室MFC中产电性能并与商用阳离子交换膜(CEM)进行了对比。sSPFAE膜的IEC为0.97-1.56 mmol/g,在30℃时吸水率为20.9～41.7%,电导率达到27.3-60.5 mS/cm,厚度约为80μm,高于商用膜(22mS/cm,420 μm) 。制备的膜也具有良好的尺寸稳定性(<2%)。对采用sSPFAE膜的MFC,根据峰功率密度法及极化曲线斜率法得到的MFC内阻约为29～64 Ω,随着IEC的升高而降低,库伦效率达到47.7～55%,其中sSPFAE-1.56膜的最大功率密度达到657.3mW/m2,且sSPFAE膜均表现出优于商用膜的产电性能。利用模拟等效电路对整个MFC系统进行EIS分析,结果表明阳极电荷转移阻抗占这类MFC系统总内阻的76-88%。结合循环伏安曲线、电化学阻抗谱测试及电极电势分析结果,表明分离膜对两极室间物质传递及阳极电荷转移阻抗有较大的影响。其次,制备了一系列不同IEC的无规型季铵化聚芳醚砜(rQPAES-OH)阴离子交换膜,研究了该系列膜在双室MFC中产电性能并与商用阴离子交换膜(AEM)进行了对比。rQPAES-OH膜的IEC为1.01～1.64 mmol/g,在30℃时吸水率为33-58%,电导率达到14～22 mS/cm,高于商用膜(21%,6.6mS/cm) 。对采用rQPAES-OH膜的MFC,根据峰功率密度法及极化曲线斜率法得到的MFC内阻约为62～150Ω,随着IEC的升高而降低,其中rQPAES-OH-1.64膜的最大功率密度达到506.6mW/m2,且rQPAES-OH膜均表现出优于商用膜的产电性能。最后,通过氧化还原法及超声浸渍法制备了一系列不同负载量(5～12.7 mg/cm2)的β-MnO2修饰石墨毡电极(CF-βMnO2),利用XRD、CV、SEM及EIS对电极进行了表征,并研究了该系列CF-pMnO2电极作为阴极材料在以空气(O2)作为电子受体的双室MFC中的性能。结果表明：CF-pMnO2电极与空白石墨毡电极相比电化学活性增强,其中采用CF-βMnO2-12.7的MFC系统最大输出功率密度达到115.9mW/m2,内阻为82Ω。