铝空气电池阳极缓蚀与盐藻絮凝采收耦合工艺研究

发布时间：2020-06-02 21:13

【摘要】：微藻采收是微藻生物质利用的重要环节,但采收的高能耗在很大程度上限制了微藻生物质的利用。与此同时,铝空气电池放电过程中,铝阳极的自腐蚀在很大程度上降低了铝的利用率。本文开发了铝空气电池絮凝杜氏盐藻的产能采收铝阳极缓蚀耦合工艺,探究了铝空气电池采收杜氏盐藻的性能,并研究了杜氏盐藻液对铝阳极阻蚀作用的机理,并以产能絮凝采收工艺的产物为前驱体,制备出介孔γ-Al2O3。主要研究结果如下:(1)在铝空气电池采收杜氏盐藻的过程中,以杜氏盐藻藻液为电解液,铝空气电池放电产生的带正电的副产物氢氧化铝水合物是有效的絮凝剂,能与带负电的藻细胞结合形成更大的絮状体,实现絮凝采收。在放电电流强度为100 mA,藻浓度为0.8 g/L,盐浓度为2 M时,采收效率可在20 min内达到97%,并实现产能0.11 kWh/kg。与此同时,微藻与放电产生的氢氧化铝水合物的结合能够有效减少累积的氢氧化铝水合物对铝空气电池性能的影响。(2)通过测试铝阳极在不同藻浓度(0-0.8 g/L)的杜氏盐藻液中的极化曲线和阻抗,结果显示随着藻浓度的增加,腐蚀电流icorr呈下降的趋势,证明杜氏盐藻能有效的缓解铝片的自腐蚀。对杜氏盐藻液中浸泡不同时间的铝片表面进行FTIR分析,结果表明由于Al3+与盐藻藻液中的蛋白质络合以及铝片对藻液中的多糖吸附,铝阳极表面形成了一层保护膜。在放电密度为2.5 mA/cm2时,以杜氏盐藻液为电解液的铝空气电池放电时间比2 M NaCl溶液长近50 h,且杜氏盐藻液中,放电容量为223 mAh/cm2,比2 M NaCl溶液提高了 27.8%。(3)用铝空气电池放电絮凝采收盐藻的絮凝物制备氧化铝,实验结果表明,所制备的γ-Al2O3具有良好的介孔结构,呈现薄膜银耳状形貌,比表面积可达到333 m2/g,孔体积达到0.782 cm3/g。探究藻细胞和水热处理对γ-Al203形貌和比表面积的影响发现:藻细胞和水热处理均有利于形成薄膜银耳状形貌,且能使氧化铝的比表面积增大。而电絮凝产物制备的y-Al2O3也出现了银耳状,但片层更厚,且比表面积仅有201m2/g。且在有藻的条件下,制备的介孔γ-A1203与盐藻生物质之间均能够形成相互作用。
【图文】：

盐藻细胞

第一章绪论逡逑和沿海盐沼，能在０．０５邋－５．０邋Ｍ内适应生长［｜４＇２４］。因盐藻细胞表面缺少细胞壁（如逡逑图１．１），所以有利于脂类提取。并且为了在不断变化的环境中生存，盐藻细胞会逡逑自身累积不同的物质（甘油和类胡萝卜素等）并以此保护自己，其中，，从杜氏盐逡逑藻中提取的天然Ｐ－胡萝卜素具有抑制肿瘤，增加白细胞并抵抗辐射的功效，因而逡逑是重要的保健产品。逡逑由于杜氏盐藻主要生长于海域与滩涂，且不占用耕地面积，而我国又存在大逡逑量可用的海域和滩涂，这为盐藻生物质的开发提供了有利条件。在此基础上，杜逡逑氏盐藻还拥有光合作用效率高、适应能力强、生长周期短、生物产量高，且含有逡逑比较高的蛋白质、脂类以及可溶性多糖等易热分解的化学组分的特点，这使得杜逡逑氏盐藻在生物柴油生产、健康产品和动物词养方面均有着巨大的应用前景。逡逑Ｌｔｐｉｄ邋ｇｌｏｂｕｌｅｓ邋—邋－逦１＾ｍ逡逑Ｎ邋，逡逑Ｎｕｃｌｅｕｓ逦ＴＷ＊—邋Ｇｏｌｇｉ逡逑Ｎｕｃｌｅｏｌｕｓ邋逦＇：一逦Ｊｊ逡逑—－邋彦逡逑Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ—逡逑＇逦Ｖａｃｕｏ．ｅ逡逑＿邋－愚＾逡逑ＣａｒｏｔｅｎｅＣＷｏｒｏｐｉａｓｔ逡逑ｇｌｏｂｕｌｅｓ逡逑图１．１盐藻细胞图｜２Ｓ｜逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ａｌｇａ邋Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ邋Ｓａｌｉｎａ逡逑１．２．２盐藻的采收工艺逡逑微藻采收环节已经成为其实现商业化最大的瓶颈之一

铝空气电池,结构示意图

逦１．３逦１．０－１．１逡逑如图１．２所示，铝空气电池主要包括三大部分：阳极（纯铝或铝合金）、空逡逑气阴极、电解液（ＫＯＨ、Ｈ２Ｓ０４、ＮａＣｌ溶液等）。铝空气电池理论的整体放电反逡逑应如下：逡逑４邋Ａ１邋＋邋３邋０２邋＋邋６邋Ｈ２０邋—４邋Ａｌ（ＯＨ）３逦１－１逡逑而在空气阴极表面，氧气、电解液和催化剂三者之间发生三相反应，以实现逡逑氧气的还原：逡逑０２邋＋邋２邋Ｈ２０邋＋邋４邋ｅ＂邋４邋ＯＨ＇逦１－２逡逑铝阳极则发生如下反应：逡逑Ａｌ－３ｅ＂－＾Ａｌ３＋逦１－３逡逑６逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.41;TM911.41

【参考文献】