微生物燃料电池阴阳极修饰耦合作用及其处理畜禽废水产电特性研究
发布时间：2022-09-28 16:21
可再生能源的开发和环境污染的治理是当今世界实现可持续发展所面临的主要问题。畜禽废水作为一种典型的高浓度有机废水，已成为继工业污染、生活污染之后的第三大污染源。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用电化学活性微生物的催化作用将有机物中所含的化学能转化为电能的装置，具有能量转化效率高、反应条件温和、清洁无污染等优势。该技术独特的产能方式使得其能够在处理有机废弃物的同时转化其中所含的化学能为电能，从而为解决能源危机问题以及环境污染问题提供新的思路，实现双赢的局面。 当前MFC的研究尚处于起步阶段，这项技术的发展仍然面临许多挑战。其中，较低的功率输出是限制该技术商业化和工程实际应用的主要障碍。如何通过对阴阳极材料修饰改性来降低阴阳极电极过电势，进一步优化提高MFC的整体产电性能尤显重要。 本文以单室空气阴极MFC为基础，从阴阳极材料修饰改性方面对微生物燃料电池的产电性能进行优化，探讨了该技术处理畜禽废水及其产电性能，并研究了纤维素与畜禽废水协同降解产电作用，以期望推动微生物燃料电池技术在废水处理领域和生物质能利用领域的早日应用。 首先...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
第一节 研究背景
1.1.1 能源现状
1.1.2 水污染问题
第二节 国内外研究现状
1.2.1 微生物燃料电池产电机制
1.2.2 微生物燃料电池构建材料研究
1.2.3 微生物燃料电池分类
1.2.4 微生物燃料电池在废水处理及生物质能资源化中的应用
第三节 主要研究目的及研究内容
1.3.1 研究目的和意义
1.3.2 主要研究内容
第二章 实验材料和方法
第一节 实验试剂和仪器
2.1.1 MFC 实验装置
2.1.2 菌种与培养基
2.1.3 实验仪器
第二节 MFC 的启动和运行
第三节 测定项目及分析计算方法
2.3.1 电池性能的监测与计算方法
2.3.2 化学性能的监测与计算方法
2.3.3 电化学测试方法
2.3.4 材料表征方法
第三章 MFC 处理畜禽废水产电优化研究
第一节 引言
第二节 实验材料与方法
3.2.1 废水取样地点及性质
3.2.2 MFC 启动与运行
第三节 MFC 处理畜禽废水产电优化研究
3.3.1 底物浓度对 MFC 性能的影响
3.3.2 pH 值对 MFC 性能的影响
3.3.3 废水电导率对 MFC 性能的影响
3.3.4 外电阻对 MFC 性能的影响
第四节 本章小结
第四章 阳极修饰对 MFC 产电性能的影响
第一节 引言
第二节 阳极修饰的制备方法
4.2.1 水合肼修饰阳极的制备
4.2.2 硝酸修饰阳极的制备
第三节 水合肼修饰阳极优化研究
4.3.1 MFC 启动期
4.3.2 水合肼修饰阳极对产电性能及内阻的影响
4.3.3 修饰阳极的表征与测试
4.3.4 小结
第四节 硝酸和水合肼修饰阳极性能对比
4.4.1 硝酸和水合肼修饰阳极的 MFC 产电性能对比
4.4.2 修饰阳极的表征与测试
4.4.3 小结
第五节 本章小结
第五章 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
第一节 引言
第二节 修饰阴极的制备方法
第三节 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
5.3.1 阴极电化学性能
5.3.2 MFC 启动期
5.3.3 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
5.3.4 阴极修饰对 COD 去除及 CE 的影响
第四节 本章小结
第六章 阴阳极修饰耦合作用及其在畜禽废水中的应用
第一节 引言
第二节 阴阳极同时修饰的耦合作用
6.2.1 阴阳极同时修饰对 MFC 产电性能的影响
6.2.2 阴阳极同时修饰对 COD 去除及 CE 的影响
6.2.3 CV 测试分析
6.2.4 小结
第三节 阴阳极耦合 MFC 处理畜禽废水应用研究
6.3.1 启动期
6.3.2 pH 值对 MFC 产电性能的影响
6.3.3 电导率对 MFC 产电性能的影响
6.3.4 MFC 处理畜禽废水研究现状对比分析
6.3.5 小结
第四节 本章小结
第七章 纤维素与畜禽废水协同处理初步研究
第一节 引言
第二节 纤维素与畜禽废水协同产电研究
7.2.1 不同菌种接种 MFC 处理纤维素产电对比
7.2.2 纤维素与畜禽废水协同产电特性
7.2.3 纤维素与畜禽废水 COD 去除效果及 MFC 库仑效率
第三节 本章小结
第八章 结论与展望
第一节 结论
第二节 主要创新点
第三节 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]近30年来中国农作物秸秆资源量的时空分布[J]. 朱建春,李荣华,杨香云,张增强,樊志民. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2012(04)
[2]外阻对污泥微生物燃料电池产电以及有机物降解的影响[J]. 陈青,周顺桂,袁勇,徐荣险,胡佩. 生态环境学报. 2011(05)
[3]pH值对猪粪废水微生物燃料电池产电性能的影响[J]. 郑宇,李天宏,周顺桂,舒灿伟,覃环,袁勇. 应用基础与工程科学学报. 2010(S1)
[4]Electricity generation and brewery wastewater treatment from sequential anode-cathode microbial fuel cell[J]. Qing WEN1, Ying WU1, Li-xin ZHAO2, Qian SUN1, Fan-ying KONG1 (1College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) (2Mechanical Science and Engineering College, Daqing Petroleum Institute, Daqing 163318, China). Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine ＆ Biotechnology）. 2010(02)
[5]MnO2为阴极催化剂的微生物燃料电池处理淀粉废水研究[J]. 卢娜,周奔,邓丽芳,周顺桂,倪晋仁. 应用基础与工程科学学报. 2009(S1)
[6]二氧化铅阴极单室微生物燃料电池处理有机废水研究[J]. 汪家权,李晨,谭茜. 水处理技术. 2009(09)
[7]微生物燃料电池产电的影响因素[J]. 叶晔捷,宋天顺,徐源,陈英文,祝社民,沈树宝. 过程工程学报. 2009(03)
[8]二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池[J]. 孙瑾华,刘建好,黄呈珠,张礼霞,李伟善. 电源技术. 2008(12)
[9]Preliminary Study on E. coli Microbial Fuel Cell and On-electrode Taming of the Biocatalyst[J]. 郗名悦,孙彦平. 过程工程学报. 2008(06)
[10]碳纳米管阳极微生物燃料电池产电特性的研究[J]. 梁鹏,范明志,曹效鑫,黄霞,彭尹明,王硕,巩前明,梁吉. 环境科学. 2008(08)
本文编号：3681988
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
第一节 研究背景
1.1.1 能源现状
1.1.2 水污染问题
第二节 国内外研究现状
1.2.1 微生物燃料电池产电机制
1.2.2 微生物燃料电池构建材料研究
1.2.3 微生物燃料电池分类
1.2.4 微生物燃料电池在废水处理及生物质能资源化中的应用
第三节 主要研究目的及研究内容
1.3.1 研究目的和意义
1.3.2 主要研究内容
第二章 实验材料和方法
第一节 实验试剂和仪器
2.1.1 MFC 实验装置
2.1.2 菌种与培养基
2.1.3 实验仪器
第二节 MFC 的启动和运行
第三节 测定项目及分析计算方法
2.3.1 电池性能的监测与计算方法
2.3.2 化学性能的监测与计算方法
2.3.3 电化学测试方法
2.3.4 材料表征方法
第三章 MFC 处理畜禽废水产电优化研究
第一节 引言
第二节 实验材料与方法
3.2.1 废水取样地点及性质
3.2.2 MFC 启动与运行
第三节 MFC 处理畜禽废水产电优化研究
3.3.1 底物浓度对 MFC 性能的影响
3.3.2 pH 值对 MFC 性能的影响
3.3.3 废水电导率对 MFC 性能的影响
3.3.4 外电阻对 MFC 性能的影响
第四节 本章小结
第四章 阳极修饰对 MFC 产电性能的影响
第一节 引言
第二节 阳极修饰的制备方法
4.2.1 水合肼修饰阳极的制备
4.2.2 硝酸修饰阳极的制备
第三节 水合肼修饰阳极优化研究
4.3.1 MFC 启动期
4.3.2 水合肼修饰阳极对产电性能及内阻的影响
4.3.3 修饰阳极的表征与测试
4.3.4 小结
第四节 硝酸和水合肼修饰阳极性能对比
4.4.1 硝酸和水合肼修饰阳极的 MFC 产电性能对比
4.4.2 修饰阳极的表征与测试
4.4.3 小结
第五节 本章小结
第五章 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
第一节 引言
第二节 修饰阴极的制备方法
第三节 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
5.3.1 阴极电化学性能
5.3.2 MFC 启动期
5.3.3 阴极修饰对 MFC 产电性能的影响
5.3.4 阴极修饰对 COD 去除及 CE 的影响
第四节 本章小结
第六章 阴阳极修饰耦合作用及其在畜禽废水中的应用
第一节 引言
第二节 阴阳极同时修饰的耦合作用
6.2.1 阴阳极同时修饰对 MFC 产电性能的影响
6.2.2 阴阳极同时修饰对 COD 去除及 CE 的影响
6.2.3 CV 测试分析
6.2.4 小结
第三节 阴阳极耦合 MFC 处理畜禽废水应用研究
6.3.1 启动期
6.3.2 pH 值对 MFC 产电性能的影响
6.3.3 电导率对 MFC 产电性能的影响
6.3.4 MFC 处理畜禽废水研究现状对比分析
6.3.5 小结
第四节 本章小结
第七章 纤维素与畜禽废水协同处理初步研究
第一节 引言
第二节 纤维素与畜禽废水协同产电研究
7.2.1 不同菌种接种 MFC 处理纤维素产电对比
7.2.2 纤维素与畜禽废水协同产电特性
7.2.3 纤维素与畜禽废水 COD 去除效果及 MFC 库仑效率
第三节 本章小结
第八章 结论与展望
第一节 结论
第二节 主要创新点
第三节 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]近30年来中国农作物秸秆资源量的时空分布[J]. 朱建春,李荣华,杨香云,张增强,樊志民. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2012(04)
[2]外阻对污泥微生物燃料电池产电以及有机物降解的影响[J]. 陈青,周顺桂,袁勇,徐荣险,胡佩. 生态环境学报. 2011(05)
[3]pH值对猪粪废水微生物燃料电池产电性能的影响[J]. 郑宇,李天宏,周顺桂,舒灿伟,覃环,袁勇. 应用基础与工程科学学报. 2010(S1)
[4]Electricity generation and brewery wastewater treatment from sequential anode-cathode microbial fuel cell[J]. Qing WEN1, Ying WU1, Li-xin ZHAO2, Qian SUN1, Fan-ying KONG1 (1College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) (2Mechanical Science and Engineering College, Daqing Petroleum Institute, Daqing 163318, China). Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine ＆ Biotechnology）. 2010(02)
[5]MnO2为阴极催化剂的微生物燃料电池处理淀粉废水研究[J]. 卢娜,周奔,邓丽芳,周顺桂,倪晋仁. 应用基础与工程科学学报. 2009(S1)
[6]二氧化铅阴极单室微生物燃料电池处理有机废水研究[J]. 汪家权,李晨,谭茜. 水处理技术. 2009(09)
[7]微生物燃料电池产电的影响因素[J]. 叶晔捷,宋天顺,徐源,陈英文,祝社民,沈树宝. 过程工程学报. 2009(03)
[8]二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池[J]. 孙瑾华,刘建好,黄呈珠,张礼霞,李伟善. 电源技术. 2008(12)
[9]Preliminary Study on E. coli Microbial Fuel Cell and On-electrode Taming of the Biocatalyst[J]. 郗名悦,孙彦平. 过程工程学报. 2008(06)
[10]碳纳米管阳极微生物燃料电池产电特性的研究[J]. 梁鹏,范明志,曹效鑫,黄霞,彭尹明,王硕,巩前明,梁吉. 环境科学. 2008(08)
本文编号：3681988
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