微生物燃料电池处理甲基橙废水同步产能及应用
发布时间：2023-02-16 20:08
偶氮染料具有长期潜在危害,是一种难降解的典型污染物,其无害化处理一直受到人们的重视。甲基橙是印染废水中最具代表性的偶氮染料之一,将其作为典型污染物进行研究,对其它染料的降解性能研究具有普遍的参考价值。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC),作为一种新型的处理废水的生物电化学技术,具有无污染,同时可获得清洁能源的特点。利用该技术可以将废水中的有机物的化学能转换成电能,在降解污染物的同时进行能量回收,因此,该技术具备环保和节能两大重要特性。利用微生物燃料电池处理含有偶氮染料甲基橙等的废水是一直经济高效的方法,因此具有十分重要的理论价值和工程实际意义。本文以闽南地区富含甲基橙的偶氮染料废水为处理对象,采用微生物燃料电池,通过运用微生物学、分子生物学和生物化学手段,实现甲基橙的高效生物脱色。以提高微生物燃料电池的产电能力、降低废水处理时消耗的巨大电能为基本出发点,为了充分利用微生物燃料电池在甲基橙脱色降解过程中产生的电能,设计了一系列的能量收集电路系统,并利用该系统初步实现了为无线传感器模块提供电能。实验使用双室微生物燃料电池,以碳毡为电极材料,将污水处理厂采集的活性...
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究的目的和意义
1.2 微生物燃料电池技术的研究现状
1.2.1 微生物燃料电池的基本工作原理
1.2.2 微生物燃料电池的种类
1.2.3 微生物燃料电池现阶段的主要研究方向
1.3 偶氮染料废水处理的研究现状
1.3.1 偶氮染料废水的主要特点
1.3.2 偶氮染料废水的处理方法
1.3.3 偶氮染料废水的微生物处理研究进展
1.3.4 偶氮染料废水处理中存在的问题
1.4 甲基橙降解技术的研究现状
1.4.1 甲基橙的主要降解技术
1.4.2 甲基橙废水降解处理中存在的问题
1.5 微生物燃料电池能量管理系统的研究现状
1.5.1 单个微生物燃料电池能量收集电路系统的研究现状
1.5.2 串联微生物燃料电池组能量收集电路系统的研究现状
1.5.3 微生物燃料电池能量管理系统中存在的问题
1.6 本论文的主要研究内容
1.7 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验仪器
2.2 微生物燃料电池的搭建与稳定运行
2.2.1 微生物燃料电池的搭建
2.2.2 微生物燃料电池的启动与稳定运行
2.3 微生物燃料电池的主要电化学参数
2.3.1 微生物燃料电池的开路输出电压
2.3.2 微生物燃料电池的内阻
2.3.3 微生物燃料电池输出功率
2.4 微生物燃料电池性能评价和计算方法
2.4.1 COD去除率
2.4.2 库伦效率
2.4.3 扫描电子显微镜
2.5 微生物群落结构分析
2.5.1 聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳
2.5.2 高通量测序技术
2.6 甲基橙降解菌的鉴定及电化学活性分析
2.6.1 甲基橙降解菌的富集鉴定
2.6.2 两株菌株的生理生化指标测试的实验方法与步骤
2.6.3 分离菌株对甲基橙的脱色作用及电化学活性测试分析
第3章 不同pH条件下微生物燃料电池的产电能力及生物多样性分析
3.1 引言
3.2 不同pH条件下微生物燃料电池的产电能力分析
3.2.1 微生物燃料电池产电对阳极液pH值的影响
3.2.2 启动时间
3.2.3 不同pH值条件下微生物燃料电池的输出电压的时间变化曲线
3.2.4 电池内阻和功率密度曲线
3.2.5 COD去除率与库伦效率
3.3 不同pH值条件下微生物燃料电池的生物群落及多样性分析
3.3.1 不同pH值对微生物多样性的影响
3.3.2 不同pH值对微生物群落结构的影响
3.4 本章小结
第4章 具有电化学活性的甲基橙高效降解菌分离鉴定及产电研究
4.1 引言
4.2 电化学活性甲基橙高效降解菌的筛选与鉴定
4.2.1 甲基橙高效降解菌株的筛选
4.2.2 电化学活性甲基橙高效降解菌株的筛选
4.3 菌株SP.A与 C.B的鉴定
4.3.1 菌株SP.A与 C.B的分子生物学鉴定
4.3.2 菌株SP.A与 C.B的形态学鉴定
4.3.3 菌株SP.A和 C.B的生理生化分析
4.4 菌株SP.A和 C.B不同生长时期的电化学活性
4.5 菌株SP.A和 C.B的甲基橙脱色降解及产能研究
4.5.1 菌株SP.A和 C.B对甲基橙的脱色作用研究
4.5.2 菌株SP.A和 C.B及混合菌种的甲基橙脱色和产能比较
4.6 本章小结
第5章 微生物燃料电池能量收集电路的设计与构建
5.1 引言
5.2 单个微生物燃料电池的能量管理系统
5.2.1 超级电容
5.2.2 单个微生物燃料电池的能量收集电路方案
5.2.3 基于电荷泵的能量收集电路设计
5.2.4 带有负反馈回路的能量收集电路设计
5.2.5 实验结果分析
5.3 串联微生物燃料电池的能量管理系统
5.3.1 微生物燃料电池串联时的反转现象
5.3.2 串联微生物燃料电池的能量收集电路方案
5.3.3 基于开关时序控制的能量收集电路设计
5.3.4 基于自动控制系统的能量收集电路设计
5.3.5 实验结果分析
5.4 本章小结
第6章 微生物燃料电池驱动无线传感器系统的设计与构建
6.1 引言
6.2 无线传感器系统整体架构
6.3 无线传感器系统硬件电路设计
6.3.1 无线传感器系统数据发送端的硬件电路设计
6.3.2 无线传感器系统数据接收端的硬件电路设计
6.3.3 无线传感器系统电路实物
6.4 无线传感器的程序设计
6.4.1 数据采集流程
6.4.2 无线传输模块nRF24L01 的程序设计
6.5 微生物燃料电池驱动的无线传感器的系统测试
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3744421
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究的目的和意义
1.2 微生物燃料电池技术的研究现状
1.2.1 微生物燃料电池的基本工作原理
1.2.2 微生物燃料电池的种类
1.2.3 微生物燃料电池现阶段的主要研究方向
1.3 偶氮染料废水处理的研究现状
1.3.1 偶氮染料废水的主要特点
1.3.2 偶氮染料废水的处理方法
1.3.3 偶氮染料废水的微生物处理研究进展
1.3.4 偶氮染料废水处理中存在的问题
1.4 甲基橙降解技术的研究现状
1.4.1 甲基橙的主要降解技术
1.4.2 甲基橙废水降解处理中存在的问题
1.5 微生物燃料电池能量管理系统的研究现状
1.5.1 单个微生物燃料电池能量收集电路系统的研究现状
1.5.2 串联微生物燃料电池组能量收集电路系统的研究现状
1.5.3 微生物燃料电池能量管理系统中存在的问题
1.6 本论文的主要研究内容
1.7 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验仪器
2.2 微生物燃料电池的搭建与稳定运行
2.2.1 微生物燃料电池的搭建
2.2.2 微生物燃料电池的启动与稳定运行
2.3 微生物燃料电池的主要电化学参数
2.3.1 微生物燃料电池的开路输出电压
2.3.2 微生物燃料电池的内阻
2.3.3 微生物燃料电池输出功率
2.4 微生物燃料电池性能评价和计算方法
2.4.1 COD去除率
2.4.2 库伦效率
2.4.3 扫描电子显微镜
2.5 微生物群落结构分析
2.5.1 聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳
2.5.2 高通量测序技术
2.6 甲基橙降解菌的鉴定及电化学活性分析
2.6.1 甲基橙降解菌的富集鉴定
2.6.2 两株菌株的生理生化指标测试的实验方法与步骤
2.6.3 分离菌株对甲基橙的脱色作用及电化学活性测试分析
第3章 不同pH条件下微生物燃料电池的产电能力及生物多样性分析
3.1 引言
3.2 不同pH条件下微生物燃料电池的产电能力分析
3.2.1 微生物燃料电池产电对阳极液pH值的影响
3.2.2 启动时间
3.2.3 不同pH值条件下微生物燃料电池的输出电压的时间变化曲线
3.2.4 电池内阻和功率密度曲线
3.2.5 COD去除率与库伦效率
3.3 不同pH值条件下微生物燃料电池的生物群落及多样性分析
3.3.1 不同pH值对微生物多样性的影响
3.3.2 不同pH值对微生物群落结构的影响
3.4 本章小结
第4章 具有电化学活性的甲基橙高效降解菌分离鉴定及产电研究
4.1 引言
4.2 电化学活性甲基橙高效降解菌的筛选与鉴定
4.2.1 甲基橙高效降解菌株的筛选
4.2.2 电化学活性甲基橙高效降解菌株的筛选
4.3 菌株SP.A与 C.B的鉴定
4.3.1 菌株SP.A与 C.B的分子生物学鉴定
4.3.2 菌株SP.A与 C.B的形态学鉴定
4.3.3 菌株SP.A和 C.B的生理生化分析
4.4 菌株SP.A和 C.B不同生长时期的电化学活性
4.5 菌株SP.A和 C.B的甲基橙脱色降解及产能研究
4.5.1 菌株SP.A和 C.B对甲基橙的脱色作用研究
4.5.2 菌株SP.A和 C.B及混合菌种的甲基橙脱色和产能比较
4.6 本章小结
第5章 微生物燃料电池能量收集电路的设计与构建
5.1 引言
5.2 单个微生物燃料电池的能量管理系统
5.2.1 超级电容
5.2.2 单个微生物燃料电池的能量收集电路方案
5.2.3 基于电荷泵的能量收集电路设计
5.2.4 带有负反馈回路的能量收集电路设计
5.2.5 实验结果分析
5.3 串联微生物燃料电池的能量管理系统
5.3.1 微生物燃料电池串联时的反转现象
5.3.2 串联微生物燃料电池的能量收集电路方案
5.3.3 基于开关时序控制的能量收集电路设计
5.3.4 基于自动控制系统的能量收集电路设计
5.3.5 实验结果分析
5.4 本章小结
第6章 微生物燃料电池驱动无线传感器系统的设计与构建
6.1 引言
6.2 无线传感器系统整体架构
6.3 无线传感器系统硬件电路设计
6.3.1 无线传感器系统数据发送端的硬件电路设计
6.3.2 无线传感器系统数据接收端的硬件电路设计
6.3.3 无线传感器系统电路实物
6.4 无线传感器的程序设计
6.4.1 数据采集流程
6.4.2 无线传输模块nRF24L01 的程序设计
6.5 微生物燃料电池驱动的无线传感器的系统测试
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3744421
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