周宇，劉中良，侯俊先，楊斯琦，李艷霞，邱文革

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化學(xué)氧化改性微生物燃料電池陽(yáng)極

周宇1，劉中良1，侯俊先1，楊斯琦1，李艷霞1，邱文革2

(1北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院教育部傳熱強(qiáng)化與過(guò)程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院化學(xué)化工系，北京 100124)

濃HNO3和酸性K2Cr2O7都具有一定的氧化性，分別利用濃HNO3和酸性K2Cr2O7對(duì)陽(yáng)極碳布進(jìn)行氧化改性處理。通過(guò)紅外光譜測(cè)試顯示，碳布表面附著了羥基（—OH）和羧基（—COOH）。通過(guò)掃描電鏡觀察，碳布經(jīng)過(guò)氧化改性后表面明顯變粗糙。同時(shí)，循環(huán)伏安曲線（CV）和交流阻抗曲線（EIS）測(cè)試表明，經(jīng)過(guò)改性后的碳布具有良好的電化學(xué)特性。分別以經(jīng)過(guò)濃HNO3和酸性K2Cr2O7改性處理后的碳布作為微生物燃料電池（MFC）的陽(yáng)極，獲得的最大功率密度分別為291.11 mW·m-2和438.08 mW·m-2，比未經(jīng)過(guò)改性處理的碳布陽(yáng)極的功率密度分別提升了21%和82%。

燃料電池；陽(yáng)極；氧化；硝酸；生物催化

引 言

微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）是近年來(lái)在環(huán)境保護(hù)和能源領(lǐng)域興起的一項(xiàng)新技術(shù)—一種利用微生物將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能的裝置[1-4]，是微生物學(xué)、電化學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境工程學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域交叉融合而發(fā)展起來(lái)的一種全新的電能生產(chǎn)技術(shù)[5-7]。MFC技術(shù)在污水處理、污染物處理、微生物傳感器、脫鹽海水淡化、電解制氫等方面有著巨大的應(yīng)用前景[8-10]。我國(guó)城市和工業(yè)行業(yè)每年排放近600億噸廢水，其處理費(fèi)用超過(guò)400億元。但是，評(píng)估顯示，廢水處理廠所處理的廢水中含有9.3倍于處理廢水所消耗的能量[11]。將MFC技術(shù)與污水處理相結(jié)合，不僅能夠凈化污水，同時(shí)還能回收污水中的這部分低品位能源[12-13]。未來(lái)MFC技術(shù)還有可能應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，同時(shí)實(shí)現(xiàn)海水淡化、產(chǎn)電和污水凈化，成為“一舉三得”的新技術(shù)[14-15]。

微生物燃料電池具有很多優(yōu)點(diǎn)，如燃料來(lái)源多樣化、無(wú)污染、能源利用效率高、操作條件溫和、安全、高效且連續(xù)等[16]。但是其輸出功率密度低仍然是制約其規(guī)?；瘧?yīng)用的主要因素，陽(yáng)極作為微生物生長(zhǎng)及電子收集的部位，其性能在很大程度上影響到MFC輸出功率密度[17]。傳統(tǒng)的MFC的電極材料包括碳布、碳?xì)?、碳紙、不銹鋼網(wǎng)等[11]。研究表明，對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行修飾或改性處理能夠在很大程度上提升其輸出功率密度。Cheng等[18]利用氨氣處理陽(yáng)極碳布，獲得的MFC最大功率密度達(dá)到1970 mW·m-2。采用這種方法處理的碳布，能夠使其表面形成含氨的表面官能團(tuán)，增加電極表面的正電荷，使得微生物更有利于在電極表面吸附生長(zhǎng)。Feng等[19]研究發(fā)現(xiàn)酸-熱復(fù)合處理后的碳材料表面C—N比增加，C—O含量降低從而導(dǎo)致了電池功率密度的增加?；瘜W(xué)氧化改性方式相較于氨處理和酸熱復(fù)合處理而言，所用藥品不容易逸散，成本低，操作條件更為溫和。在陽(yáng)極表面附著親水官能團(tuán)（如羧基、羥基等）的同時(shí)，還能夠提高表面積和孔隙率，這有助于提升電極的電化學(xué)性能，進(jìn)而提升電極性能。因此，對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行修飾或者對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行化學(xué)氧化改性是一種有效的處理方式。

盧志凱等[20]利用體積比為1:1的濃硝酸和濃硫酸的混合酸對(duì)石墨陽(yáng)極進(jìn)行改性處理，處理后的陽(yáng)極接觸角降低了24.5°，裝配改性陽(yáng)極的海底微生物燃料電池（BMFC）的最大功率密度達(dá)到了358.1 mW·m-2，相較于裝配未改性陽(yáng)極運(yùn)行的BMFC提高了2.4倍。李魁忠等[21]利用MnSO4改性BMFC陽(yáng)極，得到最大輸出功率密度為51.64 mW·m-2，是普通石墨電極的3倍。Liu等[22]利用碳酸氫銨修飾碳布陽(yáng)極，得到最大功率密度為939 mW·m-2，比未改性陽(yáng)極提升了14.2%。大量的研究表明，有較強(qiáng)氧化作用的物質(zhì)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行化學(xué)氧化改性能夠很大程度上提高M(jìn)FC的產(chǎn)電性能。

濃硝酸（HNO3）和酸性環(huán)境下的重鉻酸鉀（K2Cr2O7）兩者均具有較強(qiáng)的氧化性，利用這兩種氧化劑對(duì)碳基材料進(jìn)行改性處理是增加其表面含氧官能團(tuán)的有效方法[23-24]。本文利用濃硝酸和酸性重鉻酸鉀分別對(duì)MFC陽(yáng)極碳布進(jìn)行化學(xué)氧化改性，得到濃硝酸氧化改性碳布陽(yáng)極（nitrate anode，以下簡(jiǎn)寫為HNO3-anode）和酸性重鉻酸鉀氧化改性碳布陽(yáng)極（potassium dichromate anode，以下簡(jiǎn)寫為K2Cr2O7-anode），并分別與未修飾的碳布陽(yáng)極（carbon cloth anode，以下簡(jiǎn)寫為CC-anode）進(jìn)行了詳細(xì)的比較。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

碳布購(gòu)自上海河森電氣有限公司，以鈦導(dǎo)線接入外電路。濃硝酸及重鉻酸鉀均購(gòu)自北京化學(xué)試劑公司，均為分析純。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的水均為去離子水。

1.2 電極的制備

將碳布（2 cm′2 cm）首先在丙酮中浸泡3 h，用去離子水洗滌，直到濾液為中性，置于真空干燥箱中60℃干燥12 h，備用。此時(shí)得到未經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化改性的碳布。

將準(zhǔn)備好的碳布電極分別在65%的濃硝酸（水浴加熱40℃）、酸性重鉻酸鉀溶液（溶液中重鉻酸鉀和硫酸的濃度分別為0.4 mol·L-1和2 mol·L-1，水浴加熱60℃）中浸泡30 min，取出后在去離子水中反復(fù)浸泡，清洗至pH不發(fā)生變化。此后將清洗好的電極置入真空干燥箱中80℃干燥12 h，即可得到經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化改性處理的碳布陽(yáng)極。將制備好的碳布電極保存在干燥箱中備用。處理后，將環(huán)境不友好的廢液分類回收?qǐng)?bào)送廢液處置中心集中處理，以確保廢液不對(duì)環(huán)境造成污染。

1.3 MFC的運(yùn)行

MFC采用雙室結(jié)構(gòu)，兩極室均由兩個(gè)圓形的有機(jī)玻璃組成，陰、陽(yáng)極室的體積均為40 ml。陰、陽(yáng)極室由大小為2 cm×2 cm的Nafion 117質(zhì)子交換膜隔開。陰極液由32.9 g·L-1K3[Fe(CN)6]和pH=7.0緩沖溶液[5.3 g·L-1K2HPO4, 10.7 g·L-1KH2PO4，稱其為PBS（phosphate buffer solution）溶液]配制而成，陽(yáng)極液由1 g·L-1CH3COONa, 0.3 g·L-1NH4Cl, 1 g·L-1NaCl, 0.03 g·L-1MgSO4, 0.04 g·L-1CaCl2, 0.2 g·L-1NaHCO3, 5.3 g·L-1K2HPO4, 10.7 g·L-1KH2PO4組成[25]。MFC置于35℃的恒溫槽中，外接1000W電阻條件下運(yùn)行，檢測(cè)MFC輸出電壓，當(dāng)輸出電壓小于50 mV時(shí)更換陽(yáng)極液和陰極液。接種菌體來(lái)源于高碑店污水處理廠的厭氧污泥。

1.4 測(cè)試及表征

利用電化學(xué)工作站（CHI660D，上海辰華儀器有限公司）測(cè)試循環(huán)伏安曲線（CV）和電化學(xué)阻抗（EIS）。CV測(cè)試時(shí)，掃描速率為10 mV·s-1。測(cè)試EIS時(shí)，頻率變化范圍為5 mHz～100 kHz。采用三電極體系，MFC陽(yáng)極作為工作電極，鉑片電極作為輔助對(duì)電極，Ag/AgCl作為參比電極，在PBS溶液中測(cè)得。MFC穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)MFC進(jìn)行穩(wěn)態(tài)放電實(shí)驗(yàn)，外阻變化范圍為9999～10W，每10 min調(diào)整一次外電阻。無(wú)特殊說(shuō)明情況下，MFC在外接電阻1000W條件下運(yùn)行，輸出電壓用數(shù)字萬(wàn)用表（優(yōu)利德，UT70C）自動(dòng)采集記錄到計(jì)算機(jī)中，20 min/次。

利用紅外光譜儀（Nicolet 6700）對(duì)碳布樣品進(jìn)行測(cè)試，表征其表面附著的官能團(tuán)。利用掃描電子顯微鏡（S-4300）觀測(cè)其表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜測(cè)試

為了表征不同化學(xué)氧化改性方式對(duì)碳布表面附著的官能團(tuán)種類的影響，利用紅外光譜儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)試分析，通過(guò)測(cè)得曲線產(chǎn)生的峰的位置來(lái)判斷經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化改性處理的碳布表面附著的官能團(tuán)的類型。圖1為未經(jīng)改性處理碳布的紅外光譜曲線，圖2為濃HNO3改性碳布陽(yáng)極的紅外光譜曲線，圖3為酸性K2Cr2O7改性碳布陽(yáng)極的紅外光譜曲線。從圖中可以看出，對(duì)于未經(jīng)過(guò)改性處理的碳布，只有2360～2341 cm-1附近有較小的吸收峰，是實(shí)驗(yàn)中引進(jìn)的少量CO2分子的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)；在1400 cm-1附近有較小的吸收峰，歸屬于O—H變形振動(dòng)。其他部分并沒(méi)有明顯的吸收峰。對(duì)于經(jīng)過(guò)濃HNO3和酸性K2Cr2O7改性的碳布陽(yáng)極而言，改性處理使得其表面附著了大量的含氧官能團(tuán)，因此波形有明顯的變化。圖2和圖3各處吸收峰對(duì)應(yīng)的振動(dòng)類型見(jiàn)表1。

表1 紅外光譜曲線吸收峰與振動(dòng)類型Table 1 Absorption peaks and vibration type of FTIR

由表1所示的振動(dòng)類型中能夠看出，經(jīng)過(guò)改性處理的碳布表面出現(xiàn)了O—H伸縮振動(dòng)以及CO 伸縮振動(dòng)。羥基（—OH）經(jīng)過(guò)紅外照射后會(huì)在光譜的3600～3000 cm-1區(qū)間產(chǎn)生吸收峰，而羧基（—COOH）中的CO經(jīng)過(guò)紅外照射后會(huì)在光譜的1600～1800 cm-1區(qū)間產(chǎn)生吸收峰，因此經(jīng)過(guò)分析比對(duì)，能夠斷定經(jīng)過(guò)紅外照射碳布產(chǎn)生O—H伸縮振動(dòng)是由經(jīng)過(guò)改性處理的碳布表面附著的羥基（—OH）引起的，而CO伸縮振動(dòng)是由其表面附著的羧基（—COOH）引起的。對(duì)于2360～2341 cm-1附近的吸收峰都?xì)w屬于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中或者測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中引進(jìn)的少量CO2產(chǎn)生的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)。

經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化改性處理的碳布陽(yáng)極表面附著了羥基和羧基等親水官能團(tuán)，大幅度提升了陽(yáng)極表面的親水性，使得溶液中的微生物能夠更加容易在陽(yáng)極表面生長(zhǎng)，因此陽(yáng)極的生物相容性也得到了提升[26]。相較于未改性碳布陽(yáng)極，有更多的微生物能夠附著在陽(yáng)極表面分解有機(jī)物產(chǎn)生電子，因此對(duì)于整體MFC性能的提升有促進(jìn)作用。

2.2 掃描電鏡測(cè)試

為了表征不同化學(xué)氧化改性方式對(duì)碳布電極表面形貌的影響，利用掃描電子顯微鏡對(duì)其表面形貌進(jìn)行觀測(cè)，圖4為未經(jīng)改性處理碳布的SEM圖像，圖5為濃HNO3改性碳布陽(yáng)極的SEM圖像，圖6為酸性K2Cr2O7改性碳布陽(yáng)極的SEM圖像。

從圖中可以看出，化學(xué)氧化改性處理對(duì)電極的表面形貌有很大的影響。未經(jīng)改性處理的碳布陽(yáng)極表面均勻且較為光滑，表面各區(qū)域的粗糙度沒(méi)有較大的差別，這也就導(dǎo)致了其表面積較小，能夠在其表面附著生長(zhǎng)的微生物數(shù)量較少。經(jīng)過(guò)濃HNO3和酸性K2Cr2O7改性的碳布陽(yáng)極表面形貌有明顯的變化，表面粗糙度有不同程度的改變。經(jīng)過(guò)濃HNO3改性的碳布陽(yáng)極表面出現(xiàn)少量的鱗片狀結(jié)構(gòu)，比未經(jīng)改性處理的碳布陽(yáng)極粗糙，表面積會(huì)稍有提升，為微生物的生長(zhǎng)提供了一定的空間。經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7改性的碳布陽(yáng)極表面除了出現(xiàn)大量鱗片狀結(jié)構(gòu)外，還出現(xiàn)了一些孔的結(jié)構(gòu)，這些孔的形成是由于碳布表面的疏松結(jié)構(gòu)在化學(xué)氧化改性的過(guò)程中脫落造成的。在一定程度上增加了碳布陽(yáng)極的表面積，并且使得碳布陽(yáng)極表面變得粗糙，有很大的空間提供給微生物生長(zhǎng)繁殖，能夠增加附著在表面的微生物的種群密度。

2.3 電化學(xué)測(cè)試

電化學(xué)測(cè)試常用的方法為循環(huán)伏安（CV）以及交流阻抗（EIS）[26]。圖7和圖8分別為采用三電極體系，工作電極為MFC陽(yáng)極，輔助對(duì)電極為鉑片電極，參比電極為Ag/AgCl，在pH=7的PBS溶液中進(jìn)行測(cè)試得到的HNO3-anode、K2Cr2O7-anode和CC-anode的循環(huán)伏安曲線和交流阻抗譜曲線。

從圖7中能夠看出，HNO3-anode和K2Cr2O7-anode兩個(gè)電極產(chǎn)生的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CC-anode產(chǎn)生的電流?？梢猿醪脚袛嗟玫剑谟蓾庀跛岷退嵝灾劂t酸鉀的化學(xué)氧化作用產(chǎn)生的鱗片狀結(jié)構(gòu)和孔狀結(jié)構(gòu)以及附著在碳布上的親水官能團(tuán)的共同作用下，促進(jìn)了陽(yáng)極的電子傳遞，優(yōu)化了電極的表面結(jié)構(gòu)。同時(shí)能夠加快電子的傳導(dǎo)，產(chǎn)生更大的電流。圖8中，曲線與軸第1個(gè)交點(diǎn)的值即為電極的歐姆阻抗，3個(gè)不同的電極在測(cè)試時(shí)歐姆內(nèi)阻基本相同且均在10W左右。曲線半圓弧的直徑即為電極活化阻抗的值，可以明顯看出3個(gè)電極的活化阻抗值相差很大。HNO3-anode的活化內(nèi)阻在37W左右，K2Cr2O7-anode的活化內(nèi)阻在30W左右，二者均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CC-anode的165W，這說(shuō)明二者的導(dǎo)電性良好，且能夠有效降低電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的活化能壘。通過(guò)化學(xué)氧化處理，在碳布陽(yáng)極上附著了大量的羥基（—OH）和羧基（—COOH），二者均有良好的親水性和生物相容性，能夠使得微生物向電極的電子傳遞更加容易，從而提高了電極的循環(huán)伏安特性，同時(shí)降低了電極的活化阻抗，改善了MFC的產(chǎn)電性能[26]。通過(guò)改性處理產(chǎn)生的鱗片狀結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)均在一定程度上增大了電極表面積，使得更多的微生物能夠在碳布陽(yáng)極上生長(zhǎng)，提高種群密度。因此，經(jīng)過(guò)HNO3和酸性K2Cr2O7氧化改性的碳布陽(yáng)極能夠增大MFC的輸出功率密度。相比較而言，經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7氧化改性處理得到的K2Cr2O7-anode產(chǎn)生的電流比經(jīng)過(guò)濃硝酸氧化改性處理得到的HNO3-anode產(chǎn)生的電流大，活化內(nèi)阻更低。因此K2Cr2O7-anode對(duì)于MFC輸出功率密度的提升更加有利。原因是經(jīng)過(guò)改性處理后，電極表面附著有羧基和羥基等親水基團(tuán)，同時(shí)相較于鱗片狀結(jié)構(gòu)而言，孔的結(jié)構(gòu)能夠較大幅度提升比表面積，能夠在電極的實(shí)際工作環(huán)境下使得更多的微生物附著在電極表面，大大提升電子從微生物傳遞向電極的速度，從而提高其產(chǎn)電電壓，提升輸出功率密度，更加有利于MFC輸出功率密度的提高。

2.4 能量分析

極化曲線又稱伏安曲線，反映輸出電壓隨電流的變化情況，利用極化曲線可以計(jì)算得到功率密度曲線，利用這兩個(gè)曲線可以用來(lái)分析和描述MFC的能量特性[27]。

改性后的電極在經(jīng)過(guò)紅外光譜測(cè)試、掃描電鏡觀察以及電化學(xué)測(cè)試進(jìn)行初步判斷后，需要將其安裝在MFC中運(yùn)行，通過(guò)MFC的輸出功率變化來(lái)判定其是否促進(jìn)了MFC的功率輸出。以最大輸出功率密度高低作為衡量MFC產(chǎn)生能量效率的指標(biāo)。如圖9所示，裝配HNO3-anode、K2Cr2O7-anode和CC-anode的MFC得到的最大功率密度分別為291.11、438.08和240.10 mW·m-2，對(duì)應(yīng)的電流密度分別為1.02、1.48和0.61 A·m-2。從中可以看出，HNO3-anode和K2Cr2O7-anode的最大功率密度比CC-anode分別提升了21%和82%。

這一結(jié)果說(shuō)明，經(jīng)過(guò)濃HNO3氧化改性后的陽(yáng)極和經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7氧化改性后的陽(yáng)極都能夠顯著提高M(jìn)FC的功率輸出。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)濃HNO3和酸性K2Cr2O7處理后碳布電極表面變得粗糙，比表面積增大，更有利于微生物在其表面上的生長(zhǎng)。同時(shí)經(jīng)過(guò)氧化改性后在碳布表面上附著的羥基和羧基，改善了碳布的親水性和生物相容性，促進(jìn)了微生物與電極之間的電子傳遞。

相較于濃HNO3改性碳布陽(yáng)極而言，經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7改性后的碳布陽(yáng)極的最大輸出功率密度更高，這是因?yàn)樵诒砻娓街艘欢康聂然土u基等親水官能團(tuán)的同時(shí)，K2Cr2O7-anode的比表面積增加明顯，由SEM圖像能夠看出其表面有很多凹凸不平的孔的結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)能夠使得碳布表面更加粗糙，使微生物能夠更好地在碳布上生長(zhǎng)，增加碳布表面的微生物種群密度，這種孔結(jié)構(gòu)在HNO3-anode表面基本沒(méi)有。不僅如此，K2Cr2O7-anode的活化內(nèi)阻更低，電流更大，這也就使得裝配K2Cr2O7-anode的MFC最大輸出功率密度要遠(yuǎn)高于裝配HNO3-anode的MFC最大功率輸出密度。

3 結(jié) 論

本文主要研究了濃HNO3和酸性K2Cr2O7氧化改性處理MFC陽(yáng)極碳布的性能。包括其表面官能團(tuán)的表征、表面粗糙度的觀察和電化學(xué)性能，以及對(duì)MFC最大功率密度等產(chǎn)電性能參數(shù)的影響。通過(guò)紅外光譜測(cè)試顯示，碳布表面附著了羥基（—OH）和羧基（—COOH）。通過(guò)掃描電鏡觀察，碳布經(jīng)過(guò)氧化改性后表面明顯變粗糙。同時(shí)，循環(huán)伏安曲線（CV）和交流阻抗曲線（EIS）測(cè)試表明，經(jīng)過(guò)改性后的碳布具有良好的電化學(xué)特性。分別以未經(jīng)過(guò)改性處理的碳布（CC-anode）、經(jīng)過(guò)濃HNO3改性處理后的碳布（HNO3-anode）和經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7改性處理后的碳布（K2Cr2O7-anode）作為MFC陽(yáng)極，研究并比較其性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：裝配經(jīng)過(guò)濃HNO3改性處理后的碳布陽(yáng)極運(yùn)行的微生物燃料電池獲得的最大功率密度為291.11 mW·m-2，裝配經(jīng)過(guò)酸性K2Cr2O7改性處理后的碳布陽(yáng)極運(yùn)行的微生物燃料電池獲得的最大功率密度為438.08 mW·m-2，比未經(jīng)過(guò)改性處理的碳布陽(yáng)極的功率密度分別提升了21%和82%。且經(jīng)過(guò)K2Cr2O7改性的碳布陽(yáng)極電化學(xué)特性更好，是一種高效且廉價(jià)的MFC陽(yáng)極。

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Microbial fuel cell anode modified by chemical oxidation

ZHOU Yu1, LIU Zhongliang1, HOU Junxian1, YANG Siqi1, LI Yanxia1, QIU Wenge2

School of Environmental and Energy EngineeringKey Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy ConservationMinistry of EducationBeijing University of TechnologyBeijingChina;Department of Chemistry and Chemical EngineeringSchool of Environmental and Energy EngineeringBeijing University of TechnologyBeijingChina

Oxidants of nitric acid and acidic potassium dichromate were used to modify anode carbon cloths. Modification was completed by first putting the carbon cloth into nitric acid or acidic potassium dichromate at a given temperature, soaking for 30 min and then rinsing with de-ionized water until no variation in pH and finally putting into a vacuum dryer, drying for 12 h. Fourier transform infrared spectroscopy measurements indicated that many hydroxyls and carboxyls were attached on the carbon cloth surface after modification. SEM results showed that the surface of carbon cloth became rougher than the unmodified one. In addition, cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements demonstrated that both modified anodes had excellent electrochemical properties. Using the modified carbon cloths as microbial fuel cell (MFC) anodes respectively, such MFCs yielded maximum power densities of 291.11 mW·m-2and 438.08 mW·m-2, 21% and 82% higher than that of the MFC with unmodified carbon cloth anode respectively.

fuel cell; anode; oxidation; nitric acid; biocatalysis

2014-09-24.

10.11949/j.issn.0438-1157.20141442

TK 6

A

0438—1157（2015）03—1171—07

2014-09-24收到初稿，2014-10-21收到修改稿。

聯(lián)系人：劉中良。第一作者：周宇（1992—），男，碩士研究生。

LIU Zhongliang,zhouyu920831@emails.bjut. edu. cn