Nanostructured Macroporous Bioanode Based on Polyaniline-Modified Natural Loofah Sponge for High-Performance Microbial Fuel Cells

海绵 聚苯胺 微生物燃料电池 化学工程 材料科学 化学 复合材料 聚合物 电极 生物 植物 聚合 阳极 工程类 物理化学
作者
Yong Yuan,Shungui Zhou,Yi Liu,Jiahuan Tang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:47 (24): 14525-14532 被引量:308
标识
DOI:10.1021/es404163g
摘要

Microbial fuel cells (MFCs) are a promising technology to recover electrical energy from different types of waste. However, the power density of MFCs for practical applications is limited by the anode performance, mainly resulting from low bacterial loading capacity and low extracellular electron transfer (EET) efficiency. In this study, an open three-dimensional (3D) structured electrode was fabricated using a natural loofah sponge as the precursor material. The loofah sponge was directly converted into a continuous 3D macroporous carbon material via a simple carbonization procedure. The loofah sponge carbon (LSC) was decorated with nitrogen-enriched carbon nanoparticles by cocarbonizing polyaniline-hybridized loofah sponges to improve their microscopic structures. The macroscale porous structure of the LSCs greatly increased the bacterial loading capacity. The microscale coating of carbon nanoparticles favored EET due to the enhanced interaction between the bacteria and the anode. By using a single-chamber MFC equipped with the fabricated anode, a power density of 1090 ± 72 mW m(-2) was achieved, which is much greater than that obtained by similarly sized traditional 3D anodes. This study introduces a promising method for the fabrication of high-performance anodes from low-cost, sustainable natural materials.
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