Page 182 - 《精细化工》2023年第1期

·174· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

由图 5 可以看出，采用 NF、PVA-NF、PVA/PWA- 由表 3 可以看出，采用 PVA-NF、PVA/PWA-NF
NF、PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFCs 的最大功率 和 PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFCs 的等效内阻分
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密度分别为 0.014、0.090、0.111、0.214 W/m ，其 别比采用 NF 质子交换膜时降低了 37.18%、66.87%
中，由 PVA/OPD-NF 质子交换膜构建的 MFC 的最大 和 82.85%，3 种膜改性方法对减小 MFC 内阻均起
功率密度比由 NF 质子交换膜构建的 MFC 提高了 到一定作用，但 PVA/OPD 改性膜的效果最佳。PVA
1428.6%，而且全过程产电功率密度均高于其他 3 种 具有良好的生物相容性，在此基础上掺杂 PWA 或
情况，产电能力提高显著。 OPD，由于 PWA 良好的亲水性、OPD 良好的导电
2.5 CV 特性分析 性，PVA/PWA 及 PVA/OPD 改性膜进一步改善了膜
为了进一步研究改性复合膜对整个 MFC 系统 的 质子传 导性 ，提高 了电 子转移 的速 率， 但
电化学性能的影响，对采用 NF、PVA/PWA-NF、 PVA/OPD 改性膜对减小 MFC 内阻所产生的效果更
PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFCs 进行了 CV 特性 加显著。
测试，得到的 CV 曲线如图 6 所示。

图 7 MFCs 的电化学阻抗曲线
Fig. 7 Electrochemical impedance curves of MFCs
图 6 MFCs 的 CV 曲线
Fig. 6 CV curves of MFCs 表 3 MFCs 的等效电阻
Table 3 Equivalent resistance of MFCs
CV 特性能够反映 MFC 系统的氧化还原反应趋
NF PVA-NF PVA/PWA-NF PVA/OPD-NF
势，从而判断出电极表面及其附近发生电化学反应
R s/Ω 6.52 3.46 5.08 4.36
的活性程度。从图 6 可以看出，采用 NF 质子交换
R ct /Ω 40.90 25.70 10.30 3.60
膜的 MFC 呈现出的氧化还原电流较小，基本维持在
等效内阻/Ω 46.42 29.16 15.38 7.96
0.004~–0.005 A 之间，且没有明显的氧化还原峰，
注：等效内阻即 R s 与 R ct 之和，Ω。
说明氧化还原活性不足；采用 PVA/PWA-NF 质子交
换膜的 MFC 的 CV 曲线的氧化峰电流为 0.026 A， 对比前述吸水率测试结果还可以发现，吸水率
还原峰电流为–0.005 A，氧化还原峰明显不对称， 最高的膜对应 MFC 的等效内阻是最小的，即膜的阻
说明此情况下电活性物质反应的可逆性较差，电荷 抗值随吸水率的增大而降低，说明膜改性有效减小
迁移速率低于物质传输速率 [31] ；而采用 PVA/OPD- 了 MFC 内阻，因而能够有效降低 MFC 的内部损耗，
NF 质子交换膜的 MFC 的 CV 曲线氧化峰电流约为 进而提高了 MFC 的产电量。
0.007 A，还原峰电流约为–0.008 A，CV 氧化还原峰 2.7 COD 去除率
对 称性良好 ，峰值电 流也较大 ，说明采 用 MFCs 对阿莫西林制药废水的 COD 去除率测试
PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFC 的电化学反应具 与计算数据如表 4 所示。
有较强的氧化还原活性和反应可逆性，电荷迁移速
表 4 MFCs 的 COD 去除率
率高于物质传输速率，能够加速 MFC 的电子和质子 Table 4 COD removal of MFCs
传递速度，进而提高电池的产电性能。 NF PVA-NF PVA/PWA-NF PVA/OPD-NF
2.6 EIS 分析 COD in/(mg/L) 7964.0 7964.0 7964.0 7964.0
MFCs 的 EIS 谱图如图 7 所示。EIS 曲线的半圆 COD out/(mg/L) 4416.0 3576.0 3135.0 2694.0
与水平轴之间的左交点对应的值是溶液内阻（R s ）， COD rr/% 44.6 55.1 60.6 66.2
半圆的直径对应电荷转移阻抗（R ct ）。通过 EIS 谱图
得到的 MFCs 的电阻如表 3 所示。 由表 4 可以看出，采用 PVA-NF、PVA/PWA-NF