微生物燃料电池的阳极是电化学活性微生物膜(EAB)附着和发生氧化还原反应的重要场所,因此,选择高导电性能的阳极材料和高效的修饰方法对微生物燃料电池的产电性能有决定性的作用。本实验采用简单易行、绿色环保的电极修饰方法包括应用碳纳米管(CNTs)和氧化石墨烯(GO)两种纳米材料来改善电极表面附着的EAB的产电性能。同时结合扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对修饰了碳纳米管和氧化石墨烯的电极表面的微生物膜形貌进行观察分析。通过实验有效增强了微生物膜的产电活性并发现新型微生物膜复合结构,所得主要结论如下:(1)通过不同类型的CNTs(无官能团、带有羧基和羟基的CNTs)分别在0-1000 mg/L浓度下对产电菌硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)生长活性的影响实验,发现了CNTs对产电菌生长活性的影响规律,为进一步应用CNTs改善微生物膜的产电性能提供理论依据。(2)实验中选取了三种类型CNTs,采用了表面修饰与微生物膜生长掺杂两种电极修饰法,显著提高了电极表面微生物膜的产电性能。与对照组相比,用无官能团的CNTs,CNTs-OH,CNTs-COOH修饰电极表面后微生物膜最大电流密度分别提高了112~125%、86~103%和81~93%;同时使用加入CNTs-OH分散液掺杂于生长的微生物膜的方法,对产电性能也有相似的促进作用。(3)研究了培养基溶液中直接分散CNTs和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及壳聚糖分散CNTs的复合物分别修饰电极对微生物膜产电性能的影响。发现使用分散剂SDBS和壳聚糖分散的CNTs修饰电极对生物膜的产电性能改善不明显,而用培养基直接分散CNTs修饰电极则能显著提高微生物膜的产电性能。(4)对CNTs修饰的电极上附着的微生物膜及CNTs掺杂生长的微生物膜的形貌结构进行了分析,首次发现了微生物膜掺杂CNTs的“三明治”结构的CNTs-产电菌纳米复合微生物膜。(5)研究了产电菌G.sulfurreducen及其代谢物能以GO为电子受体并将其高效地还原为MRGO;同时GO与产电菌有很好的生物相容性,可以形成微生物膜-MRGO复合物。通过分析微生物膜形貌结构发现,加入GO分散液的微生物膜厚度明显增加,同时,首次发现GO和产电菌形成的一种新型的多孔微生物膜复合结构。(6)使用多种方法加入GO分散液研究对微生物膜产电性能的影响,研究发现,当电极表面形成成熟的微生物膜时,更新培养基并加入适量GO分散液,GO掺杂于微生物膜内并形成MRGO-微生物膜复合结构,该结构可以有效促进胞外电子传递,显著提高产电性能,与对照组相比,最大电流密度提高了89%。