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盐桥连接下微生物燃料电池阳极材料及其应用的研究

作　者: 周玲
导　师: 颜幼平
学　校: 广东工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 微生物燃料电池 盐桥 阳极材料 造纸废水
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,简称MFC)是以微生物为主体,通过其代谢作用将有机物中蕴含的能量回收,从而实现化学能转化为电能的过程。微生物燃料电池作为一种新型的废水处理技术,在进行废水处理的同时还能回收一部分能量,可降低废水处理的成本,并且可以改善传统污水处理成本高,耗能大等缺点。虽然微生物燃料电池目前的产电量与普通的电池性能还有差距,但是,微生物燃料电池的在未来的发展潜力我们是不能忽视的。为了揭示不同的阳极碳材料对微生物燃料电池(MFC)产电性能的影响。以最大功率,极化曲线和内阻作为评价指标,比较了碳纸,碳毡,碳纤维布3种阳极材料的表面积,厚度,密度对微生物燃料电池性能的影响。结果显示,以盐桥连接的微生物燃料电池以碳材料作为阳极有较好的产电性能,在同等试验条件下,碳纤维布产生的电压峰值最高,为700 mV,且其内阻最小,变化稳定。以密度分别为20 g/m2、55 g/m2、200 g/m2的3种材料碳纸、碳毡、碳纤维布作阳极,产生的最大电功率分别为9.36 mW、12.3952 mW、37.09 mW,说明阳极碳材料的密度越大产生最大电功率也就越大。以盐桥为连接,碳布为阳极材料,研究进水COD,电解质质量浓度,曝气头位置等运行参数对微生物燃料电池性能的影响。结果显示,在进水COD达到1200mg/L时,微生物燃料电池的输出功率密度达到最大,为0.166μW/cm-2。在一定范围内,微生物燃料电池的输出功率是随着进水COD的升高而增大的。微生物燃料电池对COD的去除率在初始阶段是低于传统厌氧对COD的去除率的,但随着COD的逐渐升高,微生物燃料电池对COD的处理能力也是增强的。在阳极基质中加入电解质质量浓度为1.5mg/L时,微生物燃料电池的产电性能是最佳的,电压最大值为436mV。在一定范围内增加电解质的质量浓度,有利于提高微生物燃料电池的性能.为研究微生物燃料电池在实际废水处理的运用,用微生物燃料电池来处理实际的造纸废水,考察在造纸废水下,微生物燃料电池的处理效率,以及在不同温度条件下,微生物燃料电池处理能力的规律。研究表明,微生物燃料电池在处理造纸废水时,能获得较高的电压。在温度为18℃,38℃时,微生物燃料电池都能有较好的废水处理能力,处理率达到38%,说明微生物燃料电池处理废水时,在常温下就可获得较好的处理能力。若用微生物燃料电池来处理实际的废水,则可大大的节约成本。总体来说,微生物燃料电池是可以通过合理调节其运行参数而达到性能最优的,它在未来的能源应用中将有广阔的前景。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
CONTENTS  11-14
第一章 绪论  14-27
  1.1 微生物燃料电池的简介  14-16
    1.1.1 微生物燃料电池的定义及其分类  14-15
    1.1.2 微生物燃料电池的产电机理  15-16
    1.1.3 微生物燃料电池的产电特点  16
  1.2 微生物燃料电池主流的研究进展  16-22
    1.2.1 微生物燃料电池池体结构的研究进展  16-18
    1.2.2 微生物燃料电池阳极材料的研究进展  18-20
    1.2.3 微生物燃料电池盐桥的研究动态  20-21
    1.2.4 微生物燃料电池的阴极的研究进展  21-22
  1.3 微生物燃料电池的应用前景  22
  1.4 影响微生物燃料电池性能的主要因素  22-25
    1.4.1 活化损失  23
    1.4.2 欧姆损失  23-24
    1.4.3 质量传递损失  24-25
  1.5 微生物燃料电池的优越性  25
  1.6 本课题的选题目的和主要工作  25-26
  1.7 本课题的创新性  26-27
第二章 实验方法与内容  27-35
  2.1 实验内容  27
  2.2 实验材料  27-30
    2.2.1 菌种的获取、培养及接种  27-28
    2.2.2 实验仪器和试剂  28-29
    2.2.3 微生物燃料电池的阴极条件  29
    2.2.4 盐桥的制作  29-30
  2.3 微生物燃料电池实验装置  30
  2.4 分析项目  30-35
    2.4.1 微生物燃料电池的内阻  30-32
    2.4.2 微生物燃料电池的外阻  32
    2.4.3 微生物燃料电池的功率和功率密度  32-33
    2.4.4 极化曲线  33
    2.4.5 废水处理效率  33
    2.4.6 COD、pH和温度  33-35
第三章 盐桥连接下微生物燃料电池阳极材料优化的研究  35-44
  3.1 不同微生物燃料电池阳极碳材料的性质  35-37
    3.1.1 碳材料的物理性质  35-36
    3.1.2 实验准备  36-37
  3.2 不同阳极材料微生物燃料电池的产电性能研究  37-42
    3.2.1 微生物燃料电池极化曲线的分析  37-39
    3.2.2 不同阳极材料下微生物燃料电池内阻的分析  39
    3.2.3 不同密度阳极材料对微生物燃料电池性能的影响  39-40
    3.2.4 不同阳极材料对微生物燃料电池稳定性能的研究  40-41
    3.2.5 不同碳材料微生物燃料电池阳极室pH和温度的变化趋势  41-42
  3.3 碳纤维布微生物燃料电池对电流密度的影响  42
  3.4 不同连接方式微生物燃料电池产电性能的比较  42-43
  3.5 小结  43-44
第四章 微生物燃料电池应用于水处理技术的研究  44-49
  4.1 微生物燃料电池的准备与运行  44
  4.2 以葡萄糖为基质的微生物燃料电池的研究  44-47
    4.2.1 以不同浓度的葡萄糖为基质微生物燃料电池的产电特性  44-46
    4.2.2 微生物燃料电池与厌氧工艺对葡萄糖降解对比的分析  46
    4.2.3 电解质硫酸镁质量浓度对微生物燃料电池性能的影响  46-47
  4.3 微生物燃料电池曝气头的研究  47
  4.4 小结  47-49
第五章 微生物燃料电池用于造纸废水处理的研究  49-52
  5.1 实验的准备  49
    5.1.1 造纸废水的特点  49
    5.1.2 实验装置  49
  5.2 微生物燃料电池用于造纸废水处理时的产电特性  49-50
  5.3 不同温度条件下对微生物燃料电池处理造纸废水的影响  50-51
  5.4 小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-58
攻读硕士学位期间发表论文  58-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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