采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。
海底石油污染物在缺氧环境下导致其生物降解过程缓慢,对海洋环境造成长期危害.本文利用海底微生物燃料电池(BMFCs)原理,尝试通过电催化作用提高海底石油污染物的降解速率.对比测试了含油电池装置(BMFCs-A)与无油电池装置(BMFCs-B)的电化学性能,研究了石油污染物对电池性能的影响;比较了含油通路(BMFCs-A)和断路状态下(BMFCs-C)的石油降解率和细菌聚集量,分析了BMFCs对石油污染物降解的加速作用.结果表明,BMFCs-A和BMFCs-B阳极的交换电流密度分别为1.37×10-2A·m-2和1.50×10-3A·m-2,最大输出功率密度分别是105.79 m W·m-2和83.60 m W·m-2,BMFCs-A装置的抗极化能力增强,交换电流密度提高近9倍,最大输出功率密度提高1.27倍.BMFCs-A和BMFCs-C阳极表面的异养菌数量分别是(66±3.61)×107CFU·g-1和(7.3±2.08)×107CFU·g-1,细菌数量增加了8倍,高的异养菌数量导致石油降解加速进行,BMFCs的石油降解率是自然条件下的18.7倍.BMFCs在电化学性能提高的同时,加速石油污染物的降解.本文同时提出了一种海底微生物燃料电池对石油污染物加速降解的新模式.
