铁酸锰活性炭阴极催化剂的制备与对微生物燃料电池产电性能的影响

王 林,吴 可,王成业,李 燕

铁酸锰活性炭阴极催化剂的制备与对微生物燃料电池产电性能的影响

王 林,吴 可,王成业,李 燕*

(吉林大学新能源与环境学院,吉林 长春 130012)

微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)阴极的氧化还原反应能力对MFC的产电性能起着至关重要的作用,因此,本研究制备了铁酸锰/活性炭(MnFe2O4/AC)并对其进行材料学表征,研究其作为MFC空气阴极催化剂时产电和污水处理效果.研究表明,MnFe2O4和AC物质的量比为1:3时MFC电功率密度最高,达302.7mW/m².在峰值电压附近维持时间长达200h,维持时间是传统Pt/C催化剂MFC的4倍,库伦效率达到17.45%.在催化剂重复利用实验中发现,在相同的运行时间内,采用Pt/C催化剂的MFC电压下降明显,而采用MnFe2O4/AC催化剂的MFC电压基本保持稳定,证明了MnFe2O4/AC催化剂良好的循环稳定性.污水处理效果方面,MnFe2O4和AC物质的量比为1:3时处理效果最好,COD去除率达74.66%.因此,MnFe2O4/AC催化剂制备简单、价格低廉、电化学性能稳定,在提高MFC产电持久性方面具有实际意义.

微生物燃料电池；空气阴极催化剂；铁酸锰/活性炭；废水处理

微生物燃料电池(MFC)是一种能够利用微生物将有机物中的化学能直接转化为电能的装置[1].有机物在阳极被微生物分解并释放出电子和质子,电子通过外电路传递到阴极并形成电流,质子则通过电池内的交换膜传递到阴极,而氧气则在阴极得到电子后并与质子结合生成水,进而达到有效降解有机污染物的目的[2-3].

目前,MFC多采用空气阴极,这主要是因为空气中的氧气廉价易得,氧气的氧化还原反应电位较高[4-5].研究表明,MFCs的阴极催化剂氧化还原活性及氧气在阴极内的传递效率是影响其产电性能的主要原因之一.因此,改善电极材料可有效提高MFC电化学性能和污染物的去除效率.目前空气阴极催化剂多采用贵金属材料,如金属铂Pt等[6],可以有效地降低反应所需的活化能.但贵金属材料存在一些难以避免的缺点,如价格过高、易毒化失活、稳定性差等,因此研究人员开始考虑利用价格相对低廉的过渡金属(如:Fe、Co、Ni等)来替代贵金属Pt作为MFCs阴极催化剂的主要组成部分,如Co2O3、Fe2O3、MnO2等,但这些材料主要是单一的金属氧化物,存在导电性、循环稳定性较差、高电阻等问题[7],导致电子转移的效率较低.Dessie等[8]的研究表明,通过两种或多种过渡金属组合而形成的混合过渡金属氧化物具有更出色的电催化性能和导电性.其中铁酸锰(MnFe2O4)因其多官能度、更好的催化活性和稳定性而受到广泛关注.Munjal等[9]制备了铁钴氧体和石墨复合材料电极,其最大功率密度为1390mW/m2,电位为0.85V, 表明其具有高功率密度和优异的循环稳定性,电化学性能出色.Xue等[10]设计了MnFe2O4和碳毡的复合材料作为电极,其电容为1.89mF/cm2,最大功率密度为828mW/m2,导电性能好,稳定性出色,表现出良好的电化学性质.因此,使用MnFe2O4纳米材料代替Pt可能是提高MFC性能、降低成本的一种很有前景的方法.

基于这些报道研究,本研究制备了MnFe2O4纳米材料,并将其与活性炭(activated carbon, AC)按照不同比例混合,作为MFC空气阴极催化剂,研究MFC产电性能.AC是常用的MFC阴极催化剂之一,具有导电性,可以减小电荷转移时的阻抗,而且AC丰富的孔隙构造使其具有较大的比表面积,可以增加参加氧化还原反应的活性位点的数目[11-13].研究内容主要包括:(1)对制备的MnFe2O4/AC催化剂进行材料学表征,研究其内部结构,材料合成是否成功.(2)进行循环伏安法测试,研究催化剂电化学性能.(3)比较不同比例MnFe2O4/AC催化剂条件下, MFC产电性能和水处理效果,确定最优比例,并与传统Pt/C催化剂进行对比.

1 材料与方法

1.1 实验试剂和设备

活性炭购自福州益环碳素业有限公司,Pt/C (20%)购自上海麦克林生化科技有限公司,碳能碳布购自苏州晟尔诺科技有限公司,实验使用的电化学工作站购自上海辰华仪器有限公司.

1.2 MnFe2O4/AC催化剂的制备

首先,用量筒量取55mL乙二醇倒入100mL蓝盖瓶中.称取一定质量的活性炭加入上述乙二醇中,超声一段时间直至完全溶解.按物质的量比1:2称取一定质量的MnCl2和FeCl3·6H2O溶解于上述乙二醇中.分别加入3.6g醋酸钠(NaAc)和1g聚乙二醇(PEG)(重量比3.6:1).将溶液剧烈搅拌并超声一段时间直至完全溶解.之后按物质的量比1:2称取一定质量的MnCl2和FeCl3·6H2O溶解于上述溶液中.将溶液倒入反应釜中,180℃下反应12h.反应后的溶液倒入50mL离心管中,分别用无水乙醇和去离子水洗涤数次,直至溶液澄清.最后将洗涤后得到的沉淀物60℃下完全干燥24h,即得到不同比例的MnFe2O4与活性炭混合材料.本实验分别制备了MnFe2O4/AC物质的量比为1:3(1MnFe2O4-3AC)、1:1(1MnFe2O4- 1AC)、 3:1(3MnFe2O4-1AC)、6:1(6MnFe2O4-1AC)、10:1(10MnFe2O4-1AC)的催化剂进行比较(图1).

图1 催化剂与空气阴极的制备流程

1.3 MFC空气阴极的制备

本次试验中采用涂刷法制备空气阴极,以碳能碳布作为集流体,以Nafion作为粘结剂[14].首先用格尺和剪刀从碳能碳布上剪取5×5cm的方形电极,将制得的材料研磨粉碎,称取300mg放入10mL离心管中.加入124.5μL去离子水,加入5～7颗玻璃珠,在旋涡器上振荡若干秒.之后用刷子将上述溶液缓慢均匀的涂抹至碳布粗糙面,注意不能太快使溶液渗透.涂抹完全后,室温下干燥24h[15].

为了进行MFC产电效果的对比,同时使用Pt/C作阴极,MnFe2O4和AC单独作催化剂,MnFe2O4使用溶剂热法合成,具体步骤为5mmol FeCl3·6H2O和2.5mmol MnCl2·4H2O溶于80mL 乙二醇中,在磁力搅拌器下加入0.05mol NaAc,将混合溶液转入100mL聚四氟乙烯内衬反应釜中,200℃反应12h后,自然冷却至室温,产物用去离子水和乙醇洗涤数次,60℃干燥6h.

1.4 MFC的构建

本次试验中采用的微生物燃料电池的反应器是立方体构型(图2).主体为长、宽、高均为4cm,总体积为64mL的腔室,阴极与阳极挡板通过四个螺丝、橡胶垫等将其组装固定,组装时将阴极碳布的光滑面暴露于空气中,涂刷催化剂的催化层至于反应器腔室内部,阴极有效面积为16cm2.阳极采用石墨碳刷.

图2 组装成的MFC

1.5 MFC的接种与启动

实验中MFC所处理的废水溶液是复配所制.废水中的原始菌种来自于长春市第一污水处理厂. MFC中需处理的废水还包括pH值为7.0的50mmol/L PBS溶液,其具体组成为:10.92g/L Na2HPO4·12H2O、3.04g/L NaH2PO4·2H2O、0.31g/L NH4Cl、0.13g/L KCl以及微量元素溶液和维生素溶液.其中微量元素和维生素溶液加入量分别为15mL/L和7.5mL/L,PBS溶液为417.5mL/L.加入NaAc的浓度为1500mg/L.模拟废水初始COD为1158mg/L.反应器采用间歇方式运行,观察MFC输出电压,待电池电压降至50mV以下,此时说明营养基质已基本消耗殆尽,并取出水样,用直径为0.22μm滤头过滤,并测其COD.电池在运行过程中连接有外电路的数据监测仪,外电路电阻均为1000 Ω,数据监测仪每隔30min对电池的输出电压进行监测并记录,当观察到电池电压连续2～3个周期达到基本相同的最高电压时,可认为电池启动成功,并开始正式运行.

1.6 材料表征

实验中利用傅里叶红外光谱仪分析(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FT-IR)催化剂的分子结构和化学键,实验采用美国尼高力公司iS10FT- IR spectrometer对催化剂进行红外测试,波数范围是400～4000m-1,光谱仪分辨率4m-1,信躁比是50000:1,扫描64次.利用X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)分析杂原子掺杂情况.利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)和高分辨透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscope, HRTEM)观察催化剂的微观形貌和结构.利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析材料的晶体结构.

1.7 电化学分析

在MFC换水后电压升至最高并达到稳定时,进行循环伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)测试.测试是在电化学工作站(上海辰华有限公司,CHI600E)上完成的,实验采用三电极体系,分别以1MnFe2O4-1AC、1MnFe2O4-3AC、3MnFe2O4-1AC、6MnFe2O4-1AC、10MnFe2O4-1AC为催化剂的阴极为工作电极,对电极为铂丝电极,参比电极为饱和Ag/AgCl电极.扫描电压范围为-0.8V～+0.8V,扫描速率为0.01V/s.

库伦效率(Coulombic efficiency, CE)表示阳极中有机物产生电子的有效利用率,是试剂电荷转移量和理论总电荷量的比值,CE按下式计算:

式中:为氧气的分子量;为MFC运行单个周期所经历的时间;为单位物质的量氧气被还原时到的电子数;COD0为阳极底物初始COD值;COD为运行单个周期后阳极底物的COD值;为阳极底物的体积;为法拉第常数(96485C/mol);为电流.

2 结果与讨论

2.1 MnFe2O4/AC催化剂材料表征

2.1.1 透射电显微镜(TEM) 图3(a)是在分辨率分别在500nm、200nm和100nm下观察到的AC材料的表面结构,由图可见AC呈现出颜色深浅不一的薄片状.

图3(b)是在分辨率分别为200nm、100nm和5nm下观察到的MnFe2O4材料的表面结构,在200nm和100nm下观察到MnFe2O4呈单分散球形颗粒,粒径在222.2nm～277.8nm,在此显微镜照片中,深色的中心与褪色边缘之间的对比表明了这些球体的空心特征,观察到的小球较少;利用高分辨透射电镜(HRTEM)在5nm下观察到的则为MnFe2O4晶格,利用Digital Micrograph得出其晶格条纹间距约为1.258nm.

图3(c)分别是500nm下1MnFe2O4-3AC的TEM图和5nm下的HRTEM图,在500nm下可以清楚的看见片状AC的表面附着有很多小球颗粒,表明MnFe2O4成功负载到AC表面,MnFe2O4颗粒以暗球的形式出现并均匀地分布在整个AC薄片上. 1MnFe2O4-3AC纳米复合材料上的MnFe2O4纳米颗粒的平均直径为223.7nm.而在5nm下观察到的1MnFe2O4-3AC晶格间距约为0.898nm,较之MnFe2O4晶格间距有所减小,表明AC可能会使MnFe2O4晶格更加紧密.

2.1.2 X射线衍射(XRD) 从图4中可以明显看出，MFO在2值为26.14°、35.42°、56.93°和62.54°处出现衍射峰,峰值分别为242、1077、381和534,这表明了MFO的反尖晶石铁氧体的立方相晶面,衍射峰较宽,但未显示不纯相的存在,表明了合成的MFO的纳米晶体性质.而观察AC的XRD图谱发现其在2值为21.13°和42.99°处出现峰值,其中21.13°处峰值远大于42.99°处,峰强烈且尖锐,分别对应于AC的(002)(晶格指数)平面和碳的hcp(六方密堆积)结构的(100)平面.在1MnFe2O4-3AC纳米复合材料中,在类似的2值处也出现了衍射峰,但峰强度明显变宽变弱,表明由于将MnFe2O4纳米颗粒掺入AC薄片中,减少并防止AC片重新堆叠.25.94°、35.47°、57.18°和62.64°的2值附近的其他衍射峰则对应于MnFe2O4立方相的形成.这些均表明1MnFe2O4-3AC纳米复合材料的成功合成.

图4 不同催化剂材料的XRD图谱

2.1.3 FT-IR红外光谱 由图5可以看出，AC、MnFe2O4及1MnFe2O4-3AC材料在3400cm-1左右均出现一较宽的吸收峰,该峰归属于材料表面-OH和化学吸附水-OH的伸缩振动,MnFe2O4的吸收强度最大,经AC修饰后吸收强度明显降低,可能与制备催化剂时所提供的高温环境有关.AC和1MnFe2O4- 3AC材料在1635cm-1又出现峰值,该峰归属于C–C的收缩振动吸收,MnFe2O4的吸收强度最大,可能是在合成MnFe2O4晶体时使用的醇类物质所产生的.1MnFe2O4-3AC 材料所表现的峰吸收值较小也表现出AC已经成功附载到MFO上.MFO在1150cm-1附近出现吸收峰,该峰属于C–O官能团振动,该峰的出现可能与制备催化剂实验时经过热处理,引入含氧官能团有关.

图5 不同催化剂材料的红外光谱图

2.1.4 X射线光电子能谱(XPS) 由图6可见,AC的元素组成主要为C和O,其中C元素为主要成分;而1MnFe2O4-3AC的XPS全谱中存在Mn2p、Fe2p、O1s和C1s峰,这表明MnFe2O4纳米颗粒形成并沉积在AC的表面.从图6(a)(b)中可以看出，1MnFe2O4- 3AC的Mn2p谱图在结合能为641.56eV和653.25eV这是因为MnFe2O4中的Mn2+的Mn 2p3/2和Mn 2p1/2;而1MnFe2O4-3AC的Fe2p谱图在711.6eV和726eV处出现峰值,这处出现峰值,可归因于MnFe2O4中Fe3+的Fe 2p3/2和Fe 2p1/2[16].且与纯MnFe2O4相比,1MnFe2O4-3AC的Mn和Fe含量要低得多.

而从图6(c)(d)中则可看出1MnFe2O4-3AC和AC的C1s高分辨谱图中均在284.55eV和289.3eV处出现峰值,这是因为sp2杂化碳和-COO官能团的存在;1MnFe2O4-3AC的O1s的高分辨图在结合能为530.6eV和532.55eV处出现峰值,而AC的O1s高分辨XPS图仅在532.85eV处出现峰值,说明从AC到1MnFe2O4-3AC,含氧官能团的数量有所增加.

图6 不同催化剂材料的高分辨XPS图

2.1.5 循环伏安测试 如图7a所示,1MnFe2O4- 3AC所围成的面积最大,说明其所通过的电荷量最大,其次为1MnFe2O4-1AC,10MnFe2O4-1AC所围成的面积最小,说明AC含量越高可以增加材料的电子转移能力.10MnFe2O4-1AC的曲线最为平缓, 1MnFe2O4-3AC的曲线最陡,说明不同比例材料的氧化还原活性差距较大.如图7b所示,可以看出AC的CV曲线围成的面积最大,其次为1MnFe2O4-3AC和Pt/C,而MnFe2O4的CV曲线面积最小,说明其通过的电荷量最少.MFO的曲线最为平缓,表示其表面基本没有发生氧化还原反应,而AC、1MnFe2O4-3AC的曲线较陡,具有更高的氧化还原反应活性.AC的微晶结构、较大的比表面积可以使得催化剂在MnFe2O4结构中暴露更多的活性位点;另一方面, MnFe2O4纳米颗粒空心球固定在AC表面,提供了丰富的法拉第反应,并阻止AC薄片的重新堆积,进而提高了电容值[17].

2.2 MFC产电性能研究

2.2.1 不同MnFe2O4和AC比例下MFC电压变化 如图8(a)所示,不同MnFe2O4和AC比例下,反应启动后MFC电压会迅速上升达到较高值,维持一定时间后突然下降.可以看出在1000Ω的外阻下MnFe2O4和AC的比例为1:3时(1MnFe2O4-3AC)所产生的电压最高,达到384.88mV,持续时间最长,可以在274.48～325.84mV维持200h左右,而其他比例下的最高电压和维持时间都明显小于此比例.说明AC表面所存在的大量孔洞可能强化了催化层内反应物的传递和产物的排除,减少了传质阻力,使得电压升高.

为了进一步比较1MnFe2O4-3AC与传统Pt催化剂对产电效果的影响,在相同条件下分别采用1MnFe2O4-3AC、Pt、AC、MnFe2O4作为阴极催化剂运行MFC(图9(b)).含Pt的MFC最高电压达到454.59mV,但每个周期维持时间很短,仅为48h,是1MnFe2O4-3AC MFC持续时间的20%.Pt 运行3个周期后电压迅速降低,与最高电压相比下降了21.98%,而1MnFe2O4-3AC MFC在两个周期内电压变化幅度很小,说明1MnFe2O4-3AC MFC运行稳定,也证明了1MnFe2O4-3AC催化剂优异的循环稳定性.石亚村[18]在Pt/C阴极催化剂上负载二氧化铈以提高其性能,改性后输出的最高电压为432mV,维持时间80h,是1MnFe2O4-3AC MFC持续时间的40%,而Pt/C MFC维持时间为50h左右,与本文相似.在运行五个周期后,Pt/C的输出电压比最大值下降了20 %,负载了二氧化铈催化剂的下降了8.6 %,产电稳定效果均不如本研究的1MnFe2O4-3AC MFC.AC的最高电压只有241.57mV,且每个周期的持续时间仅为80h左右,均远低于1MnFe2O4-3AC.在运行两个周期之后,AC所产生的电压开始大幅下降,可见稳定性低, 电化学性能一般.MFO的最高电压为145.20mV,是1MnFe2O4-3AC的37%,且持续时间很短,仅为52.5h,与Pt相当,说明其电阻较高,电子转移的阻力较大,导电性一般,循环稳定性差,催化位点较少,电化学性能不理想.谢等[19]使用MnO2/rGO修饰阴极构建MFC,最大稳定电压为322mV,姚[20]等通过使用锰矿改性电极(Mn-CF电极)和磁性四氧化三铁改性电极(Fe-CF电极)分别作为阴极运行MFC,在外阻为1000 Ω时,峰值电压仅为200mV、125mV,且仅能维持在高位50h、33h左右,均远低于本研究中1MnFe2O4-3AC为阴极催化剂的MFC产电效果.

2.2.2 MFC极化曲线与功率密度曲线 根据极化曲线和功率密度曲线量化MFC系统的产电效果,结果如图9(a)所示.可以看出在不同比例的MnFe2O4/AC催化剂条件下,MFC功率密度大致随催化剂中AC含量增加而增加,MnFe2O4/AC比例为1:3 (1MnFe2O4-3AC)条件下 MFC功率密度最大,达到302.7mW/m²,最高电流密度为196.88mA/m2,产生的开路电压最高(455mV).这说明AC的大量存在,增加了阴极导电性和比表面积,减小了电荷转移时的阻抗,活性炭较大的比表面积增加了参加氧化还原反应的活性位点.并且溶液中均未检测到铁、锰离子,说明铁酸锰起到催化还原氧气作用,前人研究也证明铁、锰具有催化作用,侯彬[21]通过向MFC中加入铁锰混合液增大了电压和功率密度输出,原因分析为铁锰离子在氧气接受阴极电子还原的过程中起到电子介体的作用,加速了电子传递效率,提高了氧气的还原速率,促进了MFC的产电性能,提高输出的电压和功率.

图9(b)中,使用Pt/C作为电池阴极催化剂时,电池的开路电压达到 518.7mV,最高功率密度达到393.4mW/m²,比1MnFe2O4-3AC高23.05%,最高电流密度为223.33mA/m2,而单独采用MFO作为催化剂时功率密度最低.Singh[22]使用α-MnO2纳米棒与活性炭混合,输出的最大功率仅为61mW/m2.Chang等[23]使用Pt-Co做阴极所产生的开路电压为最大为480mV,最大电流密度为100mA/m2,所产生的最大功率密度为127.2mW/m2.Kodali等[24]使用氨基安替比林作为有机前体合成Fe-Mn-AAPyr做催化剂,其最大功率密度仅为221.82mW/m2,维持时间为84h,低于本研究中1MnFe2O4-3AC,说明1MnFe2O4-3AC催化剂制备简单且具有较强的氧化还原反应催化性能,作为阴极催化剂容易增加电化学活性,使得电子可以更快速地在阴极上发生反应.

2.2.3 库伦效率 由表1可以看出,1MnFe2O4-3AC的库伦效率最高,达到17.45%,比采用Pt/C时高11.6倍,可见1MnFe2O4-3AC催化剂增强了空气阴极氧化还原反应的活性,MFC产电持久性显著提高,这与(图8b)提到的1MnFe2O4-3AC催化剂MFC每个运行周期时间长达200h左右,是Pt/C催化剂MFC四倍的结论相呼应.王[25]使用MnO2/GNS作为MFC阴极催化剂,库伦效率仅为15.4%,低于本研究中1MnFe2O4-3AC.

2.3 MFC的废水处理效果

2.3.1 COD处理效果 由表1可以看出,污水初始COD为1158mg/L时,1MnFe2O4-3AC MFC去除率最高,达到了74.66%,略高于Pt/C MFC处理后的污水COD去除率73.14 %;而AC MFC去除率最低,仅为42.18%.由于在制备的催化剂中1MnFe2O4-3AC催化性能最佳,能够形成最大的阴阳极电势差,电子的转移更加顺畅,对COD的处理效果好.Chang等[23]用Pt-Fe作为阴极去除生活污水,COD去除率仅为55.7%.郭加[26]使用以活性炭为催化剂的辊压碳钢网作为阴极,处理生活污水时COD去除率仅为66.92%.

2.3.2 pH值的变化 污水初始pH值为7.04,在反应一个周期后MFC系统中pH如下表1.在不同比例的MnFe2O4/Ac阴极催化剂条件下,MFC反应完pH均有所上升,但上升幅度不明显(均小于8),说明系统处理效果稳定.而采用Pt/C催化剂时MFC pH上升最多,达到8.25,说明阴极反应速度远高于阳极有机物氧化分解产生氢离子的速度(反应式(1)),产生的氢离子迅速被阴极消耗,导致系统pH上升明显(反应式(2)、(3)),这与前面Pt催化剂条件下MFC产电周期短、功率密度高相符合.

COOH-- 2e-à CO2+ H+(1)

4H++ O2+ 4e-à 2H2O (2)

2H2O + O2+ 4e-à 4OH-(3)

表1 不同阴极催化剂MFCs的库伦效率、COD去除率与pH的变化

3 结语

本研究制备了MnFe2O4/AC复合材料,探究了其作为MFC的阴极催化剂的最佳比例、电化学性能和污水处理效果.研究表明,MnFe2O4/AC复合材料的最佳比例为1:3,最高电功率密度为302.7mW/ m²,最高电流密度为196.88mA/m2,且在峰值电压附近维持时长达200h,是传统Pt/C的四倍.污水COD去除率达到74.66%.因此,本研究有望促进MnFe2O4/ AC复合材料的应用,在增强MFC稳定性方面提供新思路.

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Preparation of manganese ferrite activated carbon cathode catalyst and its effect on the electricity generation performance of microbial fuel cells.

WANG Lin, WU Ke, WANG Cheng-ye, LI Yan*

(College of New Energy and Environment, Jilin University, Changchun 130012, China)., 2022,42(6)：2638～2646

The oxidation reduction reaction capability of the microbial fuel cell (microbial fuel cell, MFC) cathode plays a vital role in power generation of MFC. In this study, manganese ferrite/activated carbon (MnFe2O4/AC) was prepared and characterized by material science, and it was used as the cathode catalyst of MFC to explore its effects on electricity generation and sewage treatment of MFC. Results demonstrated that when the molarratio of MnFe2O4to AC was 1:3, the power density of MFC was the highest, reaching 302.7mW/m². The maintenance time near the peak voltage was up to 200h, which was 4times that of the traditional MFC using Pt/C as the catalyst, and the coulombic efficiency reached 17.45%. Moreover, in the reusability test of catalyst, the voltage of the MFC using the Pt/C catalyst dropped significantly, while the voltage of the MFC using the MnFe2O4/AC catalyst remained basically stable during the same running time indicating good cycle stability of the MnFe2O4/AC catalyst. In terms of sewage treatment effect, the highest treatment efficiency was 74.66% when the molar ratio of MnFe2O4/AC was 1:3. Therefore, the MnFe2O4/AC catalyst is simple to prepare, low in price, and stable in electrochemical performance, which has practical significance in improving the durability of MFC power generation.

microbial fuel cell;air cathode catalyst;manganese ferrite/activated carbon;wastewater treatment

X703

A

1000-6923(2022)06-2638-09

王 林(1997-),男,吉林通化人,吉林大学硕士研究生,主要从事微生物燃料电池阴极结构及催化剂研究.

2021-11-02

国家自然科学基金资助项目(41907163)

* 责任作者, 副教授, liyanhjgc@jlu.edu.cn