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微生物燃料电池可通过微生物的降解作用将污水中所含的化学能直接转化为电能而不受卡诺循环效率的限制,成为近年来在污水处理和环境能源领域兴起的一种新技术。以尿液驱动的微生物燃料电池即为尿液微生物燃料电池(Urine-powered Microbial Fuel Cell,简称UMFC)。但是,目前UMFC功率密度普遍偏低,制约了其实际应用。阳极是微生物分解有机物产生电子的地方,而阳极电极负责收集并导出电子,因此阳极是直接影响UMFC性能的重要部件。本文针对UMFC产能效果差这一问题,结合最新的材料理论与材料加工技术,利用改变阳极基底、强氧化剂改性阳极和3D打印技术制备阳极等方法提升阳极性能,所开展的工作和结果如下:(1)利用浓硝酸和酸性重铬酸钾分别对阳极碳布(CC)进行化学改性,得到浓硝酸改性碳布阳极和酸性重铬酸钾改性碳布阳极并分别与未修饰的碳布阳极进行了详细的比较。结果显示:强氧化剂的改性有助于改变阳极的表面官能团。利用16S r DNA扩增子测序技术确定了以阳极营养液为底物的优势产电微生物归属于Proteobacteria门Deltaproteobacteria纲Desulfuromonadales目Geobacteraceae科Geobacter属Geobacter_sp._GSS01种。(2)利用计时电位法在碳布阳极表面电沉积石墨烯(GNS),电沉积时间分别选定为40 s,50 s,60 s和70 s,得到40-GNS/CC,50-GNS/CC,60-GNS/CC和70-GNS/CC四个修饰电极并进行详细比较。结果显示:在碳布阳极表面电沉积石墨烯会影响UMFC的性能,最佳沉积时间是60 s左右。确定了以模拟尿液为底物的优势产电微生物归属于Proteobacteria门Gammaproteobacteria纲Enterobacteriales目Enterobacteriaceae科Enterobacter属。(3)以泡沫镍、泡沫铜和泡沫铁镍三种三维泡沫金属材料分别作为UMFC阳极(Ni-Anode,Cu-Anode,Fe Ni-Anode)。对电极进行的电化学测试及能量分析,结果显示:Cu-Anode的电化学特性较好,Fe Ni-Anode的生物相容性优于Ni-Anode,Cu-Anode UMFC性能最好。(4)利用3D打印技术制备了316L型不锈钢合金骨架立方体阳极(3DP-SS)和Ti64合金骨架立方体阳极(3DP-Ti)。分别在二者表面利用电化学法聚合聚苯胺(PANI),得到PANI/3DP-SS和PANI/3DP-Ti。结果显示:利用3D打印技术制备的合金骨架大孔立方体阳极不仅具有较好的电导率,同时电极结构可控。将PANI附着于电极表面,能够极大地提升电极表面的生物相容性和真实表面积。