沉积物微生物燃料电池产电研究及其在生物修复中的应用
发布时间：2023-04-30 03:48
人类的发展离不开能源,传统的化石类燃料不可再生,并且在使用时会造成环境污染,已无法满足人类可持续性发展。开发新能源和进行环境保护修复已经成为人类可持续发展过程中,应对能源短缺和环境污染这两个全球性难题的解决思路。沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)是一种可同时解决能源和环境问题,获得可再生能源和实现环境生物修复的技术。根据沉积物的类型,SMFC可分为活性污泥SMFC和湖泊底泥SMFC。活性污泥SMFC因污泥中有机质含量高,可获得高的产电率,然而在运行过程中,阴极表面会附着影响阴极氧化还原反应的生物膜,降低SMFC的产电性能。湖泊底泥SMFC产电效率一般都较低,不利于电能收集,但是通过原位利用电能进行湖泊生物修复已成为目前研究的一个热点方向。本文通过理性设计,通在活性污泥SMFC中沉积物-水界面设置碳毡隔膜构建了碳毡隔膜SMFC,并对其产电性能和机理进行了研究;利用湖泊底泥搭建SMFC,并探究沉积物来源、阴极材料和外电阻对SMFC生物修复的影响因素;探究当利用零价铁作为SMFC阴极时,铁阴极在生物修复过程中的作用机理。研究发现,碳...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 沉积物微生物燃料电池基本原理
1.3 沉积物微生物燃料电池发展史
1.4 沉积物微生物燃料电池应用研究进展
1.5 课题研究目的目的、意义及内容
第2章 碳毡隔膜SMFC产电性能与机理的探究
2.1 引言
2.1.1 沉积物微生物燃料电池产电影响因素研究进展
2.1.2 沉积物微生物燃料电池产电性能的改进
2.2 材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验材料预处理
2.2.3 碳毡隔膜SMFC的搭建方法
2.2.4 沉积物微生物燃料电池电压的测定
2.2.5 电化学阻抗谱的测定
2.2.6 SMFC阴极生物膜蛋白质浓度测定方法
2.2.7 SMFC阴极扫描电镜表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 碳毡隔膜SMFC的输出电压
2.3.2 碳毡隔膜SMFC上覆水TOC变化
2.3.3 碳毡隔膜SMFC电化学阻抗谱的测定
2.3.4 碳毡隔膜SMFC阴极生物膜浓度的测定
2.3.5 碳毡隔膜SMFC阴极生物膜的变化
2.3.6 碳毡隔膜SMFC中沉积物-水界面碳毡的功能机理
2.4 本章小节
第3章 SMFC生物修复影响因素的探究
3.1 引言
3.1.1 湖泊污染产生的危害
3.1.2 SMFC生物修复原理
3.1.3 电活性微生物从MFC阴极获得电子机理
3.2 材料与方法
3.2.1 实验材料
3.2.2 硝酸盐溶液的配置方法
3.2.3 沉积物的获取与预处理
3.2.4 SMFC的搭建方法
3.2.5 硝酸盐溶液浓度的测定方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 沉积物来源对SMFC反硝化的影响
3.3.2 阴极材料对SMFC反硝化的影响
3.3.3 不同外电阻对SMFC反硝化的影响
3.4 本章小节
第4章 铁阴极SMFC生物修复的机理探究
4.1 材料与方法
4.1.1 实验材料
4.1.2 SMFC的搭建
4.1.3 SMFC阴极扫描电镜表征
4.1.4 SMFC阴极粉末X射线衍射仪表征
4.1.5 SMFC阴极菌群进行微生物多样性分析
4.1.6 SMFC阴极电化学表征
4.2 结果与讨论
4.2.1 SMFC阴极SEM表征
4.2.2 SMFC阴极XRD表征
4.2.3 SMFC阴极生物膜蛋白质浓度测
4.2.4 SMFC阴极菌群微生物多样性分析
4.2.5 SMFC阴极电化学表征
4.2.6 铁阴极SMFC生物修复的机理
4.3 本章小节
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间主要科研成果
本文编号：3806359
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 沉积物微生物燃料电池基本原理
1.3 沉积物微生物燃料电池发展史
1.4 沉积物微生物燃料电池应用研究进展
1.5 课题研究目的目的、意义及内容
第2章 碳毡隔膜SMFC产电性能与机理的探究
2.1 引言
2.1.1 沉积物微生物燃料电池产电影响因素研究进展
2.1.2 沉积物微生物燃料电池产电性能的改进
2.2 材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验材料预处理
2.2.3 碳毡隔膜SMFC的搭建方法
2.2.4 沉积物微生物燃料电池电压的测定
2.2.5 电化学阻抗谱的测定
2.2.6 SMFC阴极生物膜蛋白质浓度测定方法
2.2.7 SMFC阴极扫描电镜表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 碳毡隔膜SMFC的输出电压
2.3.2 碳毡隔膜SMFC上覆水TOC变化
2.3.3 碳毡隔膜SMFC电化学阻抗谱的测定
2.3.4 碳毡隔膜SMFC阴极生物膜浓度的测定
2.3.5 碳毡隔膜SMFC阴极生物膜的变化
2.3.6 碳毡隔膜SMFC中沉积物-水界面碳毡的功能机理
2.4 本章小节
第3章 SMFC生物修复影响因素的探究
3.1 引言
3.1.1 湖泊污染产生的危害
3.1.2 SMFC生物修复原理
3.1.3 电活性微生物从MFC阴极获得电子机理
3.2 材料与方法
3.2.1 实验材料
3.2.2 硝酸盐溶液的配置方法
3.2.3 沉积物的获取与预处理
3.2.4 SMFC的搭建方法
3.2.5 硝酸盐溶液浓度的测定方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 沉积物来源对SMFC反硝化的影响
3.3.2 阴极材料对SMFC反硝化的影响
3.3.3 不同外电阻对SMFC反硝化的影响
3.4 本章小节
第4章 铁阴极SMFC生物修复的机理探究
4.1 材料与方法
4.1.1 实验材料
4.1.2 SMFC的搭建
4.1.3 SMFC阴极扫描电镜表征
4.1.4 SMFC阴极粉末X射线衍射仪表征
4.1.5 SMFC阴极菌群进行微生物多样性分析
4.1.6 SMFC阴极电化学表征
4.2 结果与讨论
4.2.1 SMFC阴极SEM表征
4.2.2 SMFC阴极XRD表征
4.2.3 SMFC阴极生物膜蛋白质浓度测
4.2.4 SMFC阴极菌群微生物多样性分析
4.2.5 SMFC阴极电化学表征
4.2.6 铁阴极SMFC生物修复的机理
4.3 本章小节
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间主要科研成果
本文编号：3806359
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