不同条件下含油海底微生物燃料电池性能及降解效应研究

发布时间：2017-12-11 07:14

  本文关键词：不同条件下含油海底微生物燃料电池性能及降解效应研究

  更多相关文章： 海底微生物燃料电池 石油污染物 降解率 电化学性能 电催化效应

【摘要】：海底石油污染物在缺氧环境下,其生物降解过程缓慢,对海洋环境造成长期危害。本研究拟开发一种海底或濒海滩涂污染物治理新技术,即利用海底微生物燃料电池(BMFCs)的电催化作用,实现原位生物修复的同时促进微生物的代谢,从而加速海底沉积层中石油污染物的降解。BMFCs的工作原理是：海底沉积层中的细菌不断分解有机污染物(如石油污染物),产生电子,阳极埋入海泥,阴极浸入海水,电子通过附着细菌转移到阳极上,再经导线转移到阴极,阴极浸入海水,溶解氧消耗电子生成H20,由此形成连续不断的电流。为了探究BMFCs对石油的降解效果及自身性能的变化,本论文开展了不同条件下含油BMFCs的电化学性能和降解效应的研究,主要研究内容如下：(1)利用BMFCs原理,通过电催化作用提高海底石油污染物的降解速率。对比测试了含油电池装置(BMFCs-A)与无油电池装置(BMFCs-B)的电化学性能,研究了石油污染物对电池性能的影响：比较了含油通路(BMFCs-A)和断路状态下(BMFCs-C)的石油降解率和细菌聚集量,分析了BMFCs对石油污染物降解的加速作用。结果表明,BMFCs-A和BMFCs-B阳极的交换电流密度分别为1.37×10-2A·m-2和1.50x10-3A·m-2,最大输出功率密度分别是105.79 mW·m-2和83.60 mW·m-2, BMFCs-A装置的抗极化能力增强,交换电流密度提高近9倍,最大输出功率密度提高1.27倍。BMFCs-A和BMFCs-C阳极表面的异养菌数量分别是66±3.61×107 cfu·g-1和7.3±2.08×107 cfu·g-1,细菌数量增加了8倍,高的异养菌数量导致石油降解加速进行,BMFCs的石油降解率是自然条件下的18.7倍。含油BMFCs在电化学性能提高的同时,加速石油污染物的降解。同时,提出了一种海底微生物燃料电池加速降解石油污染物的新模式。(2)糖脂类生物表面活性剂可以提高石油烷烃类降解率,在含油BMFCs中添加不同浓度的鼠李糖脂研究电池性能及降解效应。结果表明,添加鼠李糖脂后阳极的润湿性提高,交换电流密度、最大输出功率密度变大,抗极化能力增强,石油降解率提高。当鼠李糖脂的浓度为200 mg·L-1时效果最好,与空白BMFCs相比,接触角为48°,降低了一倍;交换电流密度为4.87×10-2A·m-2,提高了38倍；最大输出功率密度为140.24 mW·m-2,提高了2倍多：石油降解率提高2倍多。提出了鼠李糖脂和BMFC加速石油污染物降解的新模式。本研究对BMFCs加速降解海底石油污染物具有指导意义。(3)为了探究氨改性阳极对含油BMFCs性能及降解效应的影响,对阳极进行氨水改性和NH4HCO3电化学氧化改性。经改性,电极和电池性能均得到提高,且NH4HCO3电化学氧化改性效果最好。经NH4HCO3电化学氧化改性的BMFCs交换电流密度和最大输出功率密度分别为2.57×10-2A·m-2和152.87 mW·m-2,约是未改性BMFCs的5倍,石油降解率提高8倍。NH4HCO3电化学氧化改性方法显著提高了电池性能,对探索海底微生物燃料电池进行石油降解具有重要意义。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4

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