微生物燃料電池電極材料的優(yōu)化及處理生活污水的實驗研究

【摘要】：隨著全球性經(jīng)濟快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題成為了限制社會發(fā)展的關(guān)鍵性因素。而一種新型的廢物資源化方式-微生物燃料電池（MFC），已經(jīng)漸漸為研究者所青睞，以期待能為資源化短缺的今天有所作為。就目前存在的微生物燃料電池而言，存在構(gòu)型過小難以幾何放大，催化劑成本高，離子交換膜價格昂貴，產(chǎn)電量較小等問題。本課題主要以雙室微生物燃料電池為研究對象，選用低價位催化劑修飾電極材料來提高微生物燃料電池的產(chǎn)電性能，并研究其處理生活污水的性能。 通過摻鉛二氧化錳對MFC陰極材料進(jìn)行修飾表明：與MnO2修飾的陰極對比，功率密度提高了45.99%，表觀內(nèi)阻降低了42.8，電壓提高了62mV，最大電壓可達(dá)448mV，不但提高了微生物燃料電池氧化還原電位的催化效果，而且也提高了產(chǎn)電效率。相比于Pt/C修飾，性能雖有差距，但降低了運行成本，便于實際投入運行。 MFC的陽極經(jīng)過聚苯胺摻中性紅修飾后，最大電壓可達(dá)459mV，電壓提高了51mV，功率密度提升了19.97%，表觀內(nèi)阻減小了32。電池的最大功率密度可達(dá)到為2019.35mW/m3，電池的啟動時間縮短了57h，庫侖效率提高24.71%。在對生活污水的處理方面，COD的去除速率也明顯提高，最大COD去除速率達(dá)到93.6%。實驗結(jié)果證明了PANI/NR修飾MFC陽極可增強陽極的生物兼容性和電子轉(zhuǎn)移速率，并且減少電池的啟動時間，具有一定的實際意義。 MFC陽極對生活污水去除效果及產(chǎn)電性能的研究表明：當(dāng)COD初始濃度532.47mg/L時，MFC的電壓最大為432mV，當(dāng)初始COD的濃度為768.61mg/L時，最大電壓所持續(xù)的時長最長為193h，而較低的初始COD濃度對MFC庫倫效率和COD去除率的影響較小。當(dāng)水力停留時間為8h，MFC的COD和氨氮去除率均達(dá)到最大，分別為82.40%和78.35%，功率密度和庫倫效率均達(dá)到最大，分別為2252.67mW/m3和29.27%。上述結(jié)果表明MFC電極材料通過修飾后可提高其產(chǎn)電性能，利用MFC可實現(xiàn)生活污水處理的同時產(chǎn)生電能，為將來的實際應(yīng)用提供了一定的參考價值。 【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 陽極 電壓 水力停留時間
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X799.3;TM911.45
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 能源危機與環(huán)境污染9-11
• 1.1.1 能源危機9-10
• 1.1.2 環(huán)境污染現(xiàn)狀10-11
• 1.2 微生物燃料電池概述11-22
• 1.2.1 微生物燃料電池的工作原理11-12
• 1.2.2 微生物燃料電池的構(gòu)型12-14
• 1.2.3 微生物燃料電池的材料14-17
• 1.2.4 微生物處理廢水的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.5 微生物燃料電池的優(yōu)勢及存在問題20-22
• 1.3 選題的意義及內(nèi)容22-24
• 1.3.1 研究目的22
• 1.3.2 研究意義22-23
• 1.3.3 主要研究內(nèi)容23
• 1.3.4 技術(shù)路線23-24
• 2 實驗部分24-31
• 2.1 MFC 反應(yīng)器裝置的構(gòu)建24-28
• 2.1.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計24-25
• 2.1.2 材料預(yù)處理及陰陽極的修飾25
• 2.1.3 陰陽極的修飾25
• 2.1.4 反應(yīng)器的接種25-27
• 2.1.5 實驗材料與儀器27-28
• 2.2 數(shù)據(jù)的采集與方法28
• 2.2.1 水質(zhì)指標(biāo)分析方法28
• 2.2.2 電壓采集28
• 2.2.3 電極材料的表征28
• 2.3 MFC 的產(chǎn)電性能評價與計算28-31
• 3 微生物燃料電池電極材料的優(yōu)化31-44
• 3.1 Pb-MnO2修飾碳纖維作為 MFC 陰極性能研究31-36
• 3.1.1 Pb-MnO2修飾碳纖維的表征31-35
• 3.1.2 Pb-MnO_2修飾碳纖維作為陰極 MFC 產(chǎn)電性能的研究35-36
• 3.2 PANI/NR 修飾碳纖維作為 MFC 陽極性能的研究36-43
• 3.2.1 PANI/NR 修飾碳纖維的制備37
• 3.2.2 PANI/NR 修飾 PACF 的的表征37-39
• 3.2.3 PANI/NR 修飾碳纖維氈作為 MFC 陽極產(chǎn)電性能的研究39-43
• 3.3 小結(jié)43-44
• 4 微生物燃料電池處理生活污水同時產(chǎn)電性能的研究44-53
• 4.1 MFC 陽極對生活污水中 COD 去除效果及產(chǎn)電性能的研究44-47
• 4.1.1 初始濃度對 MFC 電壓的影響44-45
• 4.1.2 初始濃度對 MFC 功率密度與外阻的影響45-46
• 4.1.3 初始濃度對 MFC 的庫侖效率和 COD 去除率的影響46-47
• 4.2 水力停留時間對 MFC 污水處理效果的產(chǎn)電性能的影響47-51
• 4.2.1 HRT 對 MFC 的 COD 去除率的影響48-49
• 4.2.2 HRT 對 MFC 對氨氮去除率的影響49-50
• 4.2.3 HRT 對 MFC 功率密度和庫倫效率的影響50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 在學(xué)研究成果59-60
• 致謝60

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