Nano-Fe3O4/polymerize aniline/carbon cathode based microbial fuel cell for efficient power generation and uranium separation

阴极 微生物燃料电池 吸附 碳纤维 化学工程 材料科学 电化学 化学 阳极 电极 有机化学 冶金 复合材料 工程类 物理化学 复合数
作者
Xiaoyan Wu,Du Sun,Mi Li,Xiaowen Zhang,Naïf Abdullah Al-Dhabi,Qi Fang,Wangwang Tang,Qiuyang Tang,Jie Kou,Ziyin Wang,Xue Zhang,Yilong Hua,Tao Cai
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:487: 150634-150634 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150634
摘要

Microbial fuel cells (MFCs) have gained increasing attention in the field of uranium-containing wastewater (UCW) treatment as a self-powered bio-electrochemical system (BES) due to its advantages of recovering uranium resources and generating electricity. However, the lack of catalytic active sites on the carbon fiber cathode significantly hinders the reaction performance of surface electrons with uranium ions in solution, thereby limiting the application of MFC. In this study, we propose a carbon brush (CB) cathode modification process that utilizes cyclic voltammetry (CVS) to polymerize aniline (PA) on the surface of carbon fibers and uniformly load nano-Fe3O4 particles (nFe3O4). The loading of PA/nFe3O4 not only significantly improve the catalytic active sites but also enhance the synergistic effect of adsorption and conductivity of CB cathode. Consequently, the nFe3O4/PA/CB-MFC showed excellent ability to continuous power generation and uranium separation. Over eight cycles of uranium separation, the nFe3O4/PA/CB-MFC exhibited an average maximum power density of 15.17 mW/m2 and a uranium separation efficiency of 95.52 %, showcasing substantial enhancements by 2.10-fold and 1.44-fold compared to the CB-MFC, respectively. Our study presents an efficient approach to enhance the efficiency of uranium separation and boost power density of MFC by increase catalytic active sites on carbon-based cathode.
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