微生物燃料电池空气阴极的原理及制备方法综述.pdf

2020年第1期广东化工第47卷总第411期·69·微生物燃料电池空气阴极的原理及制备方法综述孙鑫，教明明，武栅杏，邓世龙(东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨150000)[摘要]这是一篇关于微生物燃料电池空气阴极的综述，微生物燃料电池是环境与能源领域的一项新兴技术，它可以在净化污水中有机物的同时产生电能。而空气阴极的使用则可以将氧气作为电子受体，实现环保与节能的双重功效。本文除了介绍空气阴极的起源与发展、原理与结构外还包含一种较为普遍的空气阴极制备方法，最后简单概括了近年来科研工作者们在空气阴极领域的研究内容与进展。[关键词]微生物燃料电池；空气阴极；原理；制备；污水处理[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2020)01-0069-02SummarizeofPrinciplesandPreparationMethodsofMicrobialFuelCellAirCathodeSunXin,JiaoMingming,WuShanxing,DengShilong(CollegeofForestry,NortheastForestryUniversity,Harbin150000,China)Abstract:Thisisareviewoftheaircathodeofmicrobialfuelcell.Microbialfuelcellisanemergingtechnologyinthefieldofenvironmentandenergy.Itcanpurifyorganicmatterinsewageandgenerateelectricityatthesametime.Andtheuseofaircathodecanbeoxygenasanelectronacceptor,toachieveenvironmentalprotectionandenergysavingdoubleeffect.Thispapernotonlyintroducestheorigin,development,principleandstructureofaircathode,butalsoincludesamorecommonmethodofpreparationofaircathode.Keywords:microbialfuelcell；aircathode；theprinciple；thepreparation；sewagetreatment1空气阴极的发展历程1.1空气阴极介及简其作用空气阴极常用于电解池或者燃料电池的阴极。它由碳布加工而成，一侧暴露于空气中，另一侧暴露于水中，可以将装置外的氧气引进装置同时阻止装置内的反应液流出。空气中的氧气通过空气阴极的扩散层进入装置，最终作为电子受体在催化层直接参与反应。空气阴极不仅可以节省能源成本，还可以提高反应效率，且反应产物通常不会造成二次污染。因此空气阴极的使用与研究逐渐受到人们的重视。1.2发展历程空气阴极最早在我国出现是用于化学电解工业，由田昭武教图1空气阴极结构图授于1974年引入，用于替换铁阴极，降低电解槽的槽压，提高电Fig.1Aircathodestructuredrawing解工业的生产效率。以氯碱工业为例：扩散层暴露于空气中，它的主要作用是阻止装置内的反应液流出，允许外界氧气进入装置。扩散层主要原料通常是PTFE，另外还可以使用PDMS。PTFE全称为聚四氟乙烯，它是一种使用非常广泛的材料，具有耐高温、耐腐蚀、无毒害等多种特点。在此处主要利用了它的耐腐蚀性和良好的氧气透过性与粒子传导性。碳基层紧邻扩散层，它由炭黑和PTFE混合构成，相当于扩上述反应式中，【1】【2】为铁阴极氯碱电解池的基本反应散层的延伸，通过混入炭黑增强了扩散层的导电性和透气性，有式，【3】是用空气阴极替换铁电极后对应的阴极反应式。可见，部分学者直接将碳基层归为扩散层的一种类型。使用空气阴极在理论上可降低约1.2伏槽压。之后陈体衔等人又催化层暴露于反应液中，通常由催化剂、膜溶液构成。膜溶进行了进一步的实验，结果证明，空气阴极同比铁阴极可节省约液又被称为Nation溶液，它与PTFE的作用基本相同，不同之处30%的电能。即它作为空气阴极的组成部分各方面性能都比PTFE更加完善。在之后的近15年时间内，我国科研人员主要进行了空气阴极它可以将炭黑、催化剂等物质高效地均匀地粘结在碳布表面。同在电解法制取过氧化氢、高浓度碱液、氯酸盐、硼酸钠等物质方时，由于它具有良好的氧气透过性与粒子传导性，因此还可以作面的研究。直到2004，LiuHong等人研究了空气阴极在微生物燃为电子和氧气的传输通道。但相对应的价格也更加昂贵，因此在料电池方面的应用，后空气阴极的技术被引入环境领域。但是空扩散层的制备中