利用固体氧化物燃料电池处理高浓度VOCs废气并回收电能研究
发布时间：2017-03-15 17:28
【摘要】：本文提出了利用固体氧化物燃料电池反应器对挥发性有机物VOCs进行降解的技术,以期通过在固体氧化物燃料电池阳极的氧化反应,将挥发性有机物转化成CO2和H20,并将其化学能转化成电能。选取了苯系物代表甲苯,醇类代表乙醇及醛类代表甲醛作为研究对象,首先分别探讨了三种有机物与传统阳极燃料氢气的产电效果对比,在单位物质的量的进料条件下,三种有机物的产电性能均高于纯氢,证明了其作为阳极燃料的可行性。实验分别探讨了温度,流量和浓度对于电池产电性能的影响。选取了650℃作为后续试验的反应温度。通过在不同载气流量下的产电效果对比,发现在实验范围内,当流量升高时,三种有机物的产电性能均升高,甲苯、乙醇和甲醛在此范围内达到最大功率密度分别为14.073 mW/cm2,45.62 mW/cm2和0.8769 mW/cm2。初始浓度对于三种有机物的影响同样是正相关的关系,在实验范围内最大初始浓度下,三种有机物分别得到最大功率密度8.420 mW/cm2,46.64 mW/cm2和0.7491 mW/cm2。在甲苯浓度为5.472×105ppmv,乙醇浓度为4.624×105ppmv时都得到了93%的去除率,甲醛在61.98 ppmv时,也达到了88.60%的去除。作为电能转换装置,在低流量50mL/min时,甲苯,乙醇和甲醛作为阳极燃料分别获得29.93%,94.24%和24.04%的产电效率。三种有机物作为阳极燃料时的电池交流阻抗谱的变化表明,有机物流量的增加促进了阳极三相界面的反应,而初始浓度的增加则降低了电池的电导性。
【关键词】：VOCs 高浓度 废气处理 固体氧化物燃料电池
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;TM911.4
【目录】：
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本文编号：250835
【关键词】：VOCs 高浓度 废气处理 固体氧化物燃料电池
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;TM911.4
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第1章 研究背景10-24
- 1.1 VOCs的来源10
- 1.2 VOCs的危害10-11
- 1.3 VOCs的控制方法11-16
- 1.3.1 吸附法11-12
- 1.3.2 吸收法12
- 1.3.3 催化燃烧法12-13
- 1.3.4 冷凝法13
- 1.3.5 膜分离法13-14
- 1.3.6 生物法14-15
- 1.3.7 光催化氧化法15
- 1.3.8 电化学氧化法15-16
- 1.4 燃料电池的应用及发展趋势16-22
- 1.5 本课题主要研究的内容和目的22-24
- 1.5.1 本课题主要研究目的22
- 1.5.2 研究内容22-24
- 第2章 实验装置与方法24-34
- 2.1 实验主要试剂24
- 2.2 实验主要装置24-27
- 2.2.1 实验主要仪器24-25
- 2.2.2 实验装置设计25-27
- 2.3 实验方法27-31
- 2.3.1 电池封接27-28
- 2.3.2 温度控制28
- 2.3.3 流量控制28
- 2.3.4 浓度控制28-29
- 2.3.5 浓度测定29-30
- 2.3.6 反应器预处理30-31
- 2.3.7 实验过程中应注意的问题31
- 2.4 反应装置的性能评价及各参数的检测、计算方法31-34
- 2.4.1 电池材料的表征31-32
- 2.4.2 反应装置的性能评价32-34
- 第3章 固体氧化物燃料电池材料的选择及性能评估34-45
- 3.1 引言34
- 3.2 固体氧化物燃料电池介绍34-35
- 3.2.1 固体氧化物燃料电池工作原理34
- 3.2.2 固体氧化物燃料电池的材质34-35
- 3.3 Ni-YSZ/YSZ/LSM型固体氧化物燃料电池制作初试35-40
- 3.3.1 电池材料粉体的制备35-37
- 3.3.2 干压-丝网印刷法37-39
- 3.3.3 三层干压共烧结法39-40
- 3.3.4 原因分析40
- 3.4 LSCF为阴极的中温固体氧化物燃料电池40-43
- 3.4.1 LSCF为阴极的SOFC介绍40-41
- 3.4.2 电池材料表征41-43
- 3.5 本章小结43-45
- 第4章 甲苯为阳极燃料的去除效果及电池性能测试45-60
- 4.1 引言45
- 4.2 甲苯与传统氢气燃料的对比45-46
- 4.3 不同反应条件对甲苯燃料的影响46-49
- 4.3.1 反应温度的影响46-47
- 4.3.2 甲苯流量的影响47-48
- 4.3.3 甲苯初始浓度的影响48-49
- 4.4 甲苯去除率49-51
- 4.5 甲苯产电效率的估算51-55
- 4.5.1 反应热焓的计算51-53
- 4.5.2 电池产电效率的计算53-55
- 4.6 交流阻抗谱分析55-57
- 4.7 稳定性测试57-58
- 4.8 本章小结58-60
- 第5章 乙醇为阳极燃料的去除效果及电池性能测试60-70
- 5.1 引言60
- 5.2 乙醇与传统氢气燃料的对比60-61
- 5.3 不同条件对乙醇燃料的影响61-63
- 5.3.1 反应温度的影响61-62
- 5.3.2 乙醇流量的影响62
- 5.3.3 乙醇初始浓度的影响62-63
- 5.4 乙醇去除率63-64
- 5.5 乙醇产电效率的估算64-68
- 5.5.1 反应热焓的计算65-66
- 5.5.2 电池产电效率的计算66-68
- 5.6 交流阻抗谱分析68-69
- 5.7 本章小结69-70
- 第6章 甲醛为阳极燃料的去除效果及电池性能测试70-79
- 6.1 引言70
- 6.2 甲醛与传统氢气燃料产电性能的对比70-71
- 6.3 不同条件对甲醛燃料的影响71-74
- 6.3.1 反应温度的影响71-72
- 6.3.2 甲醛流量的影响72
- 6.3.3 甲醛浓度的影响72-74
- 6.4 甲醛去除率74
- 6.5 甲醛产电效率的估算74-77
- 6.5.1 反应热焓的计算74-76
- 6.5.2 电池产电效率的计算76-77
- 6.6 交流阻抗谱分析77
- 6.7 本章小结77-79
- 第7章 结论与展望79-81
- 7.1 结论79-80
- 7.2 展望80-81
- 参考文献81-86
- 致谢86-87
- 在读期间发表论文情况87
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本文编号：250835
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