view in publisher's site

Enhanced electrocatalytic activity and antifouling performance by iron phthalocyanine doped filtration membrane cathode

Highlights•Iron phthalocyanine (FePc) as modifier was added to filtration cathode membranes.•FePc filtration cathode membranes showed excellent cathode catalytic performance.•The FePc enhanced antifouling performance under electric field.•Effluent quality was improved in the MFC with FePc filtration cathode membrane.AbstractUse of iron phthalocyanine (FePc) filtration membrane cathode in microbial fuel cell (MFC) is a promising method to simultaneously improve electrocatalytic activity and antifouling performance. The filtration membrane cathode with the optimal content of 0.07 g FePc (FePc-7) exhibited the best oxygen reduction reaction (ORR) activity with the highest current density (12.0 A m−2) and the lowest charge transfer impedance (4.1 ± 0.4 Ω), which was 99% higher and 69% lower than the control (12.0 A m−2 and 4.1 ± 0.4 Ω). Besides, the FePc-7 had the largest transferred electrons (n = 3.97), indicating that the ORR occurred through a direct 4e− transfer pathway. The foregoing could be attributed to the Fe-Nx structure of FePc to form more energetically catalytic active sites, which could greatly increase the onset potential and reduce the adsorption energy of O2. The addition of FePc has remarkably increased the COD removal ratio and the FePc-7 showed the minimum effluent COD concentration of 21.7 ± 1.2 mg L−1, which was decreased by 61% compared to the control. Moreover, the antifouling performance was also a key factor maintaining excellent electrocatalytic activity and the FePc-7 + E (E was electric field) obtained the lowest flux attenuation ratio of 12.9 ± 0.3% with the thinnest fouling thickness of 55–60 μm, which was decreased by 47% than the control + E. The FePc filtration membrane cathode exhibited outstanding antifouling performance due to its superior hydrophilicity and stronger electrostatic repulsion force under electric field. This work provided an easy and facile modification method for the development of high-performance filtration membrane cathode in the MFC.Graphical abstractDownload : Download high-res image (200KB)Download : Download full-size image

فعالیت الکتروکاتالیتیکی تقویت‌شده و عملکرد ضد گرفتگی با استفاده از کاتد غشای صافی آلاییده با فتالوسیانین آهن

هایلایت های فتالیوسیانین آهن (FePc)به عنوان تعدیل‌کننده به غشای کاتد فیلتراسیون اضافه شدند. غشا کاتد فیلتراسیون FePc عملکرد کاتد عالی نشان داد. FePc عملکرد ضد رسوب را تحت میدان الکتریکی افزایش می‌دهد. استفاده مجدد از فتالوسیانین آهن (FePc)کاتد غشا فیلتراسیون در پیل سوخت میکروبی (MFC)یک روش امیدوار کننده برای بهبود همزمان فعالیت الکتروکاتالیستی و عملکرد ضد رسوب است. کاتد غشای فیلتراسیون با مقدار بهینه ۰.۰۷ g FePc (FePc - ۷)بهترین فعالیت کاهش اکسیژن (ORR)با بالاترین چگالی جریان (۱۲.۰ m - ۲)و کم‌ترین امپدانس انتقال بار (۴.۱ ± ۰.۴ اهم)را نشان داد، که ۹۹ % بالاتر و ۶۹ % پایین‌تر از کنترل (۱۲.۰ m - ۲ و ۴.۱ ± ۰.۴ اهم)بود. علاوه بر این، FePc - ۷ بزرگ‌ترین الکترون منتقل‌شده را داشت (n = ۳.۹۷)، که نشان می‌دهد ORR از طریق یک مسیر انتقال مستقیم ۴ e رخ می‌دهد. این امر را می توان به ساختار Fe - Nx FePc نسبت داد تا جایگاه‌های فعال کاتالیتیک پرانرژی‌تر را شکل دهد، که می‌تواند تا حد زیادی پتانسیل شروع را افزایش داده و انرژی جذب O۲ را کاهش دهد. افزودن FePc به طور قابل‌توجهی نسبت برداشت COD را افزایش داد و FePc - ۷ حداقل غلظت COD خروجی ۲۱.۷ ± ۱.۲ mg L - ۱ را نشان داد، که در مقایسه با کنترل ۶۱ % کاهش یافت. علاوه بر این، عملکرد ضد رسوب نیز یک عامل کلیدی حفظ فعالیت الکتروکاتالیتیک عالی بود و FePc - ۷ + E (E میدان الکتریکی بود)کم‌ترین نسبت کاهش شار ۱۲.۹ ± ۰.۳ % با ضخامت رسوب بسیار نازک ۵۵ - ۶۰ μm را به دست آورد، که تا ۴۷ % نسبت به کنترل + E کاهش یافت. کاتد غشای فیلتراسیون FePc عملکرد ضد رسوب کنندگی قابل‌توجهی را به دلیل آبدوستی برتر و نیروی دافعه الکترواستاتیک قوی‌تر تحت میدان الکتریکی نشان داد. این کار یک روش اصلاح آسان و آسان را برای توسعه کاتد غشای فیلتراسیون با عملکرد بالا در دانلود انتزاعی MFC.C گراپ فراهم کرد: تصویر حافظه بالا (۲۰۰ کیلوبایت)دانلود: تصویر تمام اندازه دانلود
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Chemical Engineering
  • ترجمه مقاله General Chemical Engineering
  • مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • ترجمه مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • مقاله مهندسی صنایع و ساخت
  • ترجمه مقاله مهندسی صنایع و ساخت
  • مقاله General Chemistry
  • ترجمه مقاله General Chemistry
  • مقاله شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله شیمی عمومی
  • مقاله Environmental Chemistry
  • ترجمه مقاله Environmental Chemistry
  • مقاله شیمی محیط‌‌ زیست
  • ترجمه مقاله شیمی محیط‌‌ زیست
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.