劉紹琴教授團隊提出提升微生物燃料電池性能新策略 推動廢水處理更...

2020-11-24 哈爾濱工業大學新聞網

哈工大報訊(王雪/文)近期,基礎與交叉科學研究院微納米技術研究中心劉紹琴教授團隊在微生物燃料電池陽極材料方面取得新進展。團隊通過簡便的水熱反應合成了二硫化鐵/石墨烯複合物(FeS2/rGO)作為微生物燃料電池的陽極,並將其用於啤酒廠廢水的處理,獲得了較高的電壓、功率密度和良好的有機物去除率。研究成果發表於國際著名期刊《先進材料》(Advanced Materials,影響因子21.950)。

隨著人口的增加和現代社會的發展,人們正在產生越來越多的垃圾和廢水。傳統的汙水處理工藝以高能耗、物耗和溫室氣體排放為代價,同時浪費了廢水有機物中蘊含的化學能,因此研發在廢水高效處理過程中回收可利用資源與能源的新技術與新方法具有經濟和生態雙重效益。

而微生物燃料電池可以利用產電微生物催化降解有機物,將有機物蘊含的化學能轉化為電能,具有清潔高效和循環利用等優點。因此近年來微生物燃料電池陽極材料的研究引起了各國科學家的廣泛關注。然而,產電微生物催化降解有機物產業化的前提和難點,在於如何大幅度提高微生物催化降解有機物產電的效率。只有設計出合適的陽極材料,才能強化微生物的附著和電子轉移效率來提高產能。劉紹琴教授團隊的研究成果提出了提升微生物燃料電池性能的新策略。

團隊根據產電微生物可以利用Fe3+和S作為電子傳遞通路的特性,設計了FeS2/rGO陽極材料。這一複合納米材料不僅極大地改善了產電微生物在電極表面的黏附能力,而且有利於產電微生物在群落中與其他細菌的競爭,實現了產電微生物的選擇性富集,從而將微生物燃料電池的啟動周期從常規碳布電極的十幾天降低到兩天,大大提升了微生物燃料電池的性能。同時,FeS2納米粒子的引入顯著減小了電極的電荷轉移阻抗,促進了微生物-電極界面之間的電子傳遞,獲得高達3.22 W/m2的面功率密度,對啤酒廠廢水的處理具有較高的有機物去除率。

文章相關連結:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201800618

http://www.materialsviewschina.com/2018/08/29921

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