2.2化学改性时间对电导率的影响

　　电极电导率是表征电极性能的重要参数之一。考察了碳毡空气阴极化学改性时间对其电导率的影响，

　　经改性后碳毡空气阴极的电导率明显提高，且随着处理时间的增加，电导率升高，当化学改性时间达到6h后，电导率趋于稳定。

　　这是因为碳毡具有石墨层状结构，层与层之间主要是以范德华力相结合，故层间较易引入其他分子、原子或离子而形成层间化合物。应用HNO3处理碳毡时，HNO3分子嵌入层间，同时吸引石墨电子，使其内部空穴增多，因此大大提高了碳毡的电导率。当碳毡层间嵌入的HNO3分子达到饱和时，将不再影响碳毡的电导率。

　　2.3改性时间对MFC电化学性能的影响

　　2.3.1对产电性能的影响

　　分别选取经HNO3氧化0、2、4、6、8、10h的碳毡制备碳毡空气阴极，并以石墨棒为阳极，垃圾渗滤液为燃料构建MFC，进行产电试验。极化曲线斜率和功率密度是表征MFC产电性能的两个重要参数，因此，通过测定输出电压和电流等参数，分别得到极化曲线和功率密度曲线。整个试验过程保持进水流量为120mL/h，反应温度为32℃。经HNO3改性的碳毡空气阴极MFC的极化都经历了活化极化、欧姆极化和浓度极化三个阶段。随着HNO3改性时间的延长，活化极化、欧姆极化和浓度极化损耗逐渐减小，电池的极化曲线斜率逐渐减小，即表观内阻逐渐降低;当改性时间为6h时，极化曲线斜率达到最小，表明此时表观内阻最小(358Ω)。之后，随改性时间的增加，极化曲线斜率增大，即表观内阻增大。

　　随着处理时间的增加，电池的功率密度同样经历了一个先增高再降低的过程，与图2的规律基本一致。其中当处理时间为6h时，电池的产电性能最好，最大功率密度达到6265.67mW/m3，较未经HNO3处理的MFC的最大功率密度(1838.46mW/m3)增大了2.4倍。由此可知，通过HNO3化学氧化改性碳毡空气阴极是改善MFC产电性能的有效方式之一。

　　2.3.2对CV曲线的影响

　　循环伏安法(CV)是表征MFC放电容量的`重要方法之一。化学改性碳毡空气阴极MFC的CV曲线如图4所示。其中，扫描速度为50mV/s，扫描范围为-1～1V。扫描曲线以下的积分面积代表了电池的放电容量。由此可知，随着处理时间的增加，放电容量先增加后减小，化学氧化时间为6h时，构建的MFC放电容量最大，即MFC性能最好。综上所述，HNO3化学氧化碳毡空气阴极的最佳时间为6h。

　　2.4MFC的产电除污稳定性

　　2.4.1产电性能稳定性

　　对经HNO3化学氧化处理6h的碳毡空气阴极MFC进行了CV测试，共进行了21次循环扫描，结果表明：随着循环次数的增加，曲线形状几乎没有改变，第1、6、11、16、21次的循环伏安曲线基本重合，面积近乎恒定，即放电容量几乎没有变化，说明电池性能比较稳定，能够长期稳定运行。

　　在其他条件不变的情况下，采用经HNO3氧化6h的碳毡作为阴极，保持进水流量为120mL/h，外接1000Ω电阻持续运行14d，每天记录输出电压。

　　在最初的3d内，输出电压从62mV增加到483mV，第4天达到最大为492mV，接下来的一周则稳定在470mV左右。随着运行时间的增加，电压略有下降，这可能是阳极室溶液的不断流动，冲刷阳极，带出一定量产电菌同时增加了电池的内阻所致，但总体上电池的运行比较稳定。

　　2.4.2除污性能稳定性

　　采用经HNO3化学氧化6h的碳毡作为阴极、石墨棒作为阳极、外接1000Ω电阻的MFC，以连续流方式处理垃圾渗滤液。试验过程中原水COD为(2376±200)mg/L，NH+4-N为(151±10)mg/L，保持进水流量为120mL/h、温度为32℃，反应初期(1～5d)，出水COD浓度急剧下降，之后出水COD浓度逐渐趋于稳定。

　　COD由初始的(2376±200)mg/L降到(238±15)mg/L，去除率达到89.9%～91.2%，高于谢珊等采用两瓶型MFC处理垃圾渗滤液对COD的去除率(78.3%)。而氨氮则由初始的(151±10)mg/L降到(86±5)mg/L，去除率达到39.3%～46.8%。去除的氨氮中部分以NH+4形式随水流进入阴极室，在阴极室扩散到空气中或转化为其他形式的氮，部分在阳极室作为电子供体被氧化。He等的研究也证实了氨氮可以作为MFC的燃料。

　　3结论

　　①碳毡空气阴极吸附的催化剂量随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，但是过量的催化剂不但不能促进反应，反而会增加电池内阻从而降低电池产电性能。碳毡空气阴极电导率随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，并逐渐趋于稳定。