人工湿地型微生物燃料电池对难降解有机物的去除特性研究

发布时间：2017-06-17 01:04

  本文关键词：人工湿地型微生物燃料电池对难降解有机物的去除特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究以人工湿地型微生物燃料电池复合系统(CW-MFC)为研究载体,以偶氮染料活性艳红X-3B为目标污染物,在课题组前期研究基础上,以提高CW-MFC对难降解有机物的去除能力,并提高产电为目的。研究了共基质和缓冲溶液浓度对CW-MFC性能的影响；研究了湿地基质在CW-MFC同步降解偶氮染料并产电中发挥的作用及影响；研究了电极面积及间距对CW-MFC性能的影响。主要研究内容和研究结果如下：选取葡萄糖、乙酸钠及淀粉作为CW-MFC降解X-3B的共基质,研究了不同共基质对CW-MFC性能的影响。实验结果表明以葡萄糖为共基质的CW-MFC对X-3B的去除及产电性能均优于乙酸钠和淀粉实验组。CW-MFC中投加不同共基质,不仅影响对偶氮染料的去除,且对中间产物的进一步降解有显著影响,并通过对阳极微生物的作用影响了系统的产电性能。选取4种不同缓冲液浓度：5 mM-200 mM,研究缓冲液浓度对CW-MFC性能的影响。实验结果表明在一定范围内增大缓冲液浓度,能够加强系统稳定性,促进质子的传递,提高CW-MFC对X-3B的去除以及产电性能,但缓冲液浓度过高会影响到微生物活性,使CW-MFC性能下降。选取5种湿地基质,研究了基质的材料、粒径及孔隙率对CW-MFC性能的影响。实验结果表明,基质材料表面越粗糙,微生物的粘附性能越强,而基质粒径及孔隙率越小,微生物附着面积越大,越有利于基质中微生物生长,促进基质层对X-3B的降解,提高CW-MFC的降解性能；但基质中微生物量大会导致共基质消耗过快,阴阳极微生物营养不足,系统产电性能下降。此外,系统中的传质阻力随着基质粒径及孔隙率的增大而减小,有利于产电性能的提高。设置4个不同阴极面积,研究阴极面积对于CW-MFC性能的影响。实验结果表明随着阴极面积的增大,CW-MFC的去除能力先升高后降低,当阴阳极面积比为1.9时,取得了最佳的X-3B去除效果,去除率为99.41%。CW-MFC的产电性能随着阴极面积的增大而提高,增长的幅度逐渐趋缓,在阴极面积最大时,获得最佳产电性能,但此时X-3B去除效果较差,仅为85.48%。通过控制阴阳极面积比,达到阴阳极的反应速率的最佳平衡点,对CW-MFC中X-3B的去除以及产电有着非常重要的意义。设置不同的电极间距,研究电极间距对于CW-MFC性能的影响。实验结果表明,电极间距为13.2 cm的CW-MFC取得了最好的X-3B去除以及产电效能,X-3B去除率为91.05%,功率密度为0.196 W/m3。
【关键词】：人工湿地型微生物燃料电池 活性红X-3B 降解 产电
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 微生物燃料电池10-22
• 1.2.1 微生物燃料电池的原理及分类10-15
• 1.2.2 人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)15-20
• 1.2.3 人工湿地型微生物燃料电池的挑战与前景20-22
• 1.3 本文研究的内容、目的及意义22-24
• 1.3.1 研究的目的及意义22
• 1.3.2 研究的内容22-24
• 第二章 实验材料及分析测试方法24-31
• 2.1 实验装置24-25
• 2.2 偶氮染料活性艳红25
• 2.3 实验仪器25-26
• 2.4 污泥接种26-27
• 2.5 测定项目及方法27-31
• 2.5.1 CW-MFC电学性能指标27-28
• 2.5.2 水质分析指标28-29
• 2.5.3 微生物研究方法29-30
• 2.5.4 中间产物测定方法30-31
• 第三章 共基质及缓冲液浓度对CW-MFC性能影响的研究31-47
• 3.1 实验方法31-32
• 3.2 结果与讨论32-46
• 3.2.1 共基质对CW-MFC降解X-3B并产电的影响32-40
• 3.2.2 缓冲液浓度对CW-MFC去除X-3B并产电的影响40-46
• 3.3 小结46-47
• 第四章 湿地基质对CW-MFC性能影响的研究47-64
• 4.1 实验方法47-48
• 4.2 结果与讨论48-63
• 4.2.1 湿地基质的材料对CW-MFC性能的影响48-56
• 4.2.2 湿地基质的粒径及孔隙率对CW-MFC性能的影响56-63
• 4.3 小结63-64
• 第五章 电极面积及间距对CW-MFC性能影响的研究64-79
• 5.1 实验方法64-65
• 5.2 结果与讨论65-77
• 5.2.1 阴极面积对CW-MFC去除X-3B及产电性能的影响65-73
• 5.2.2 电极间距对CW-MFC性能的影响及原因73-77
• 5.3 小结77-79
• 第六章 结论与展望79-82
• 6.1 研究结论79-81
• 6.2 研究展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-90
• 攻读硕士学位期间科研成果90

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