微生物脱盐燃料电池与电容法除盐技术耦合工艺的研究

发布时间：2020-08-13 08:00

【摘要】：微生物脱盐燃料电池（microbial desalination cell, MDC）是从2009年发展起来的新型的除盐技术，由于MDC本身在除盐过程中不需要消耗能量并且能够输出一定的电能，从MDC出现至今，一直受到学术界的广泛关注，然而MDC在处理低浓度盐水时，存在反应器内阻升高，脱盐速率下降等问题，为了解决这个问题，本课题提出，使用电容法除盐技术（capacitive deionization, CDI）作为MDC的后续处理工艺，当MDC处理高浓度盐水至一定浓度时，使用CDI处理。 本课题主要针对CDI工艺的优化进行研究。分别研究了CDI电极制备条件的优化，运行工艺的优化，同时还研究了MDC运行过程中脱盐速率、产水量、内阻的变化以确定MDC不适宜处理的盐水浓度，并研究了使用MDC作为CDI电源时，CDI的除盐性能。 本课题CDI使用的电极为活性炭粉末电极。研究结果表明，在制备电极过程中，使用化学性质稳定的碳纸作为集流体具有更优的电化学性能，当炭黑含量为10%时，电极的内阻较小，并且具有较大的比电容；使用化学处理并不能很好地提高电极的电化学性能。在CDI运行工艺研究中，使用1.5V操作电压，25mL/min的运行流速能够使得CDI获得较好的电吸附量与电吸附速率，当使用电吸附处理浓度较大的盐水时，膜电容法除盐（membrane capacitive deionization, MCDI）具有更优的性能。 通过MDC的运行过程中，脱盐速率、产水量、内阻等参数的测定，确定本实验条件下MDC不适于处理小于1g/L的盐水，比较CDI与MCDI在处理1g/L盐水时的差异，选择MCDI作为CDI的后续处理工艺。以MDC为MCDI供电的条件下，MCDI较直流稳压电源在同等操作电压条件下（与MDC开路电压相同）具有较大的电吸附量，由于MDC输出功率的限制，MCDI的除盐性能无法进一步提高，并联MDC的设计，在一定程度上提高了MCDI电极的电吸附量。 以MDC与MCDI的组合工艺较好的解决了MDC在处理低浓度盐水时脱盐速率下降的问题，同时耦合工艺基本不需要消耗能量，较其他高能耗的除盐技术具有很明显的优势。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747

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本文编号：2791735