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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是利用微生物为催化剂,将储存在有机物中的化学能转换为电能的装置。MFC在产电的同时还可以处理废水,是一种很有前途的绿色能源技术。阳极作为微生物附着的场所,对MFC的整体性能起着至关重要的作用。本论文主要研究了聚苯胺(PANI)和海藻酸钠(SA)复合材料的制备、以及在MFC中的应用,进而提高了MFC的产电和储能性能。首先以碳毡(CF)为基体,制备PANI-SA/CF和PANI/CF电极,将其与CF电极作为阳极应用到MFC中。PANI的理论电容量较大,氧化还原可逆性好,可提高阳极性能且利于电能输出。在充电60min放电90min(C60/D90)时,PANI-SA/CF和PANI/CF阳极的储存电量分别为2331.67C/m~2、2312.87C/m~2,是CF阳极(423.05C/m~2)的5.51倍、5.46倍。而且,PANI-SA纳米纤维结构,有利于微生物附着,可增大MFC的产电性能。在CF基体上聚合PANI、PANI-SA后促使MFC系统的最大输出功率密度从1825mW/m~3增加到2926mW/m~3、3617mW/m~3。为了进一步提高MFC的性能,选用海绵(S)作为基体,制备NCNT/S、PANI/NCNT/S、PANI-SA/NCNT/S电极。海绵有三维大孔结构,且连续通透、孔隙开放,比表面积较大。将以上三种电极作为阳极构建MFC系统的最大功率密度分别为2769mW/m~3、3362mW/m~3、4380mW/m~3。当C60/D90时,这三种电极的储存电量依次为1343.27C/m~2、2587.86C/m~2、2638.20C/m~2。可以看出,PANI、SA、NCNT三者协同作用,能够使MFC的阳极具有良好的导电性和生物相容性,因而PANI-SA/NCNT/S电极MFC的产电和储能性能明显优于其它两电极。通过高通量测试,PANI-SA/NCNT/S阳极微生物含量最高的是变形菌门-γ变形菌纲的不动杆菌属(Acinetobacter,75.62%),NCNT/S阳极微生物含量最高的是变形菌门中-δ变形菌纲的地杆菌属(Geobacter,36.81%),说明PANI-SA的加入可以影响产电菌更多的成为优势菌种,有利于生物膜的形成与稳定。以碳刷(CB)作为集流体,采用水热法制备的PANI-SA-GO/CB水凝胶作为阳极,相比于CB电极,其MFC的最大功率密度从2963mW/m~3增加到4970mW/m~3。在C60/D90时,PANI-SA-GO/CB阳极储存电量为6378.41C/m~2,是CB电极(672.93C/m~2)的9.48倍。说明具有自支撑三维多孔结构的水凝胶电极,能够有利于微生物的附着,加快电子从生物膜向阳极的传递,能够显著提高MFC的产电和储能性能。采用原位聚合法制备的PANI-SA/CB水凝胶电极作为阳极的MFC的最大功率密度为4096mW/m~3,在C60/D90时,储存电量为4516.59C/m~2。当用PAIN-SA/CB电极和CB电极对阳极室内的有机物进行降解时,MFC阳极液的COD的去除率分别为93.4%、81.7%。