关键环境因子调控对形成MEC阳极膜的影响

发布时间：2019-05-09 03:57

【摘要】：目前随着化石能源的大量使用,能源危机与环境污染成了人们不得不面对的两大难题。人们迫切需要一种清洁高效的能源。具有清洁、高效的特性的氢气是最受人们的青睐的新能源。而传统制氢工艺由于热力学限制,产氢效率不高。由于MEC制氢技术不仅仅可以利用发酵末端产物进行氢气生产,同时其也可以利用于废水处理,所以其在环境保护和新能源开发等领域具有广阔的应用前景。随着微生物电解池(MEC,Microbial Electrolysis Cell)制氢技术的发展,关于MEC反应器构型、制氢底物、产甲烷现象等方面展开了大量研究,MEC产氢性能得到了提高。而对于MEC制氢技术的根本原理,仍然没有十分明确的定论。MEC阳极膜在MEC制氢中起着关键性作用,其是电活性微生物生长繁殖的重要场所,与氢气的产生密切相关。然而对于阳极膜的形成,不同条件下对形成MEC阳极膜的性能有何影响并未有专门研究。因此,本文以乙酸为底物,采用单池MEC制氢反应器,对关键环境因子(电解电压、初始底物浓度、温度、初始pH值)进行调控,研究不同条件下对MEC阳极膜的形成和性能影响,从而得到快速培养形成具有好的产氢性能的MEC阳极膜的条件。得到如下具体成果:(1)不同电解电压对MEC阳极膜的形成及膜的产氢特性有着重要影响。分别在外加电压为0.2V、0.4V、0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.4V条件下进行MEC阳极膜培养,而相对来说电解电压为0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.4V时更适合MEC阳极膜的培养形成;外源电压为1.0V时,MEC阳极膜形成过程中,反应器电路内所产电流值最大,产氢量最高,所形成的阳极膜相比较下产氢特性最好,电化学活性最好,阳极膜生物量最高,为最适合的MEC阳极膜培养的电解电压。通过分析电解电压为0.6~1.0V的膜形成实验数据,可知0.52V为该实验条件下能产生电流的阈值电压。(2)温度对MEC阳极膜的形成具有影响。温度为25℃、35℃时,反应器电路中才产生电流,生成氢气。同时温度为35℃时,所形成的阳极膜产氢相比较下产氢特性最好,电化学活性最好,阳极膜生物量最高,为培养MEC阳极膜最适合温度。(3)在初始底物浓度为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L条件下进行MEC阳极膜形成实验,得到15g/L、20g/L、25g/L、30g/L条件下,都能快速形成具有产氢特性的MEC阳极膜。初始底物浓度为15g/L上的实验组反应器内皆产生电流,生成氢气。相比较实验组15g/L,所形成的阳极膜产氢相比较下产氢特性最好,电化学活性最好,阳极膜生物量最高,为培养MEC阳极膜最适合初始底物浓度。(4)初始pH值对形成MEC阳极膜有着显著影响。在膜形成过程中初始pH为7、8、9的实验组反应器内皆能产生电流,而初始pH值为7、8时,所培养的阳极膜表现出较好产氢特性,有良好的电化学活性及高的磷含量。所以初始pH值为7~8,为最合适培养MEC阳极膜pH范围。(5)通过分析具有产氢能力的MEC阳极膜与其膜生物量(磷含量)的关系,可以知道MEC阳极膜磷含量与其电化学活性存在有线性关系。MEC阳极膜的电活性越高其磷含量越大,其表现的产氢特性越好。
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【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ116.2

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