本文關(guān)鍵詞：微小孔隙內(nèi)電化學(xué)活性生物膜成膜及pH分布特性，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：眾所周知,能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的兩大難題,它們嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的化石能源被過度開采,日益趨近于枯竭,同時(shí),環(huán)境問題尤其是水污染問題也日益嚴(yán)重。而目前傳統(tǒng)的污水處理工藝一直處于“高投入、零產(chǎn)出”的狀態(tài)。因此,為了保證人類的可持續(xù)發(fā)展,尋找一種新型的清潔能源與污水處理工藝勢(shì)在必行。在這種背景下,微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)由于可以在處理污水的同時(shí)產(chǎn)生電能受到了研究者們的廣泛關(guān)注。目前,MFC低的功率輸出限制了其商業(yè)化應(yīng)用。在眾多MFC性能影響的因素中,MFC的陽極性能是最重要的因素之一,尤其是微小孔隙內(nèi)的陽極生物膜特性。本文以2B鉛筆芯為三維陽極陣列基本單元構(gòu)建了不同微小孔隙結(jié)構(gòu)的三維陽極陣列,并針對(duì)陽極微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的底物和產(chǎn)物傳輸、生物膜成膜及pH分布特性進(jìn)行了研究。本文主要研究成果如下:(1)構(gòu)建了固定間距0.5 mm而不同陣列大小的石墨陽極陣列,研究其內(nèi)部pH分布和生物膜特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2×2陣列的石墨陽極與單根石墨陽極上富集的生物膜電化學(xué)特性基本相同,而當(dāng)石墨陽極陣列擴(kuò)大至6×6時(shí),其中心區(qū)域pH值遠(yuǎn)低于外層電極區(qū)域。由于酸性pH環(huán)境會(huì)抑制電極表面生物膜的生長(zhǎng)且降低其產(chǎn)電活性,因此6×6陣列的石墨陽極內(nèi)產(chǎn)電份額遠(yuǎn)小于其外層電極。(2)構(gòu)建了固定框架為196 mm2而不同間距大小的石墨陽極陣列,研究其內(nèi)部pH分布和生物膜特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)陽極內(nèi)部間距大于3.4 mm時(shí),產(chǎn)物氫離子的傳遞對(duì)生物膜成膜影響較小;反之,當(dāng)間距小于3.4 mm時(shí),生物膜活性將受到氫離子擴(kuò)散速率的限制。而當(dāng)陽極間距減小為1.66 mm時(shí),其內(nèi)部pH的不均勻分布導(dǎo)致了石墨棒電極表面生物膜產(chǎn)電能力的巨大差異。(3)構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)中最大固定陣列(10×10)石墨陽極,研究其內(nèi)部pH分布及生物膜特性。通過與上述研究對(duì)比發(fā)現(xiàn),當(dāng)電極陣列中電極根數(shù)大于16根時(shí),電極根數(shù)的增加對(duì)其產(chǎn)電提升效果較小。同時(shí),隨著陽極內(nèi)部電極根數(shù)的增多且電極間距的減小,電極歐姆內(nèi)阻基本保持不變而傳荷內(nèi)阻不斷增大。此外,研究結(jié)果還表明,電極內(nèi)部pH值差異越小,生物膜在電極表面分布越均勻。
【關(guān)鍵詞】：石墨棒電極 電極陣列 pH分布 生物膜成膜 孔隙
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2;O646
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 前言9-10
• 1.2 MFC簡(jiǎn)介10-13
• 1.2.1 MFC發(fā)展歷程10
• 1.2.2 MFC產(chǎn)電原理10-12
• 1.2.3 MFC的性能影響12-13
• 1.3 MFC陽極國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 MFC陽極材料13-15
• 1.3.2 陽極啟動(dòng)電勢(shì)對(duì)生物膜性能的影響15-17
• 1.3.3 生物膜內(nèi)氫離子傳遞特性對(duì)其產(chǎn)電性能的影響17-18
• 1.4 已有研究工作的不足18
• 1.5 本文的主要工作18-21
• 2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法21-37
• 2.1 前言21
• 2.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組裝以及啟動(dòng)21-28
• 2.2.1 工作電極及對(duì)電極的材料選取21
• 2.2.2 三維微小孔隙陽極的組裝21-25
• 2.2.3 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)以及材料25-28
• 2.2.4 電池的啟動(dòng)28
• 2.3 測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法28-37
• 2.3.1 微電極測(cè)試系統(tǒng)28-30
• 2.3.2 PMC多通道電化學(xué)工作站30-31
• 2.3.3 測(cè)試方法31-37
• 3 固定間距石墨棒陣列電極生物膜與p H分布特性研究37-61
• 3.1 引言37
• 3.2 單根、4 根石墨棒電極性能特性37-49
• 3.2.1 陽極啟動(dòng)曲線37-39
• 3.2.2 石墨棒電極陣列內(nèi)部p H及電流分布39-41
• 3.2.3 陽極生物膜活性表征41-46
• 3.2.4 石墨棒電極陣列中不同區(qū)域內(nèi)阻分析46-47
• 3.2.5 不同區(qū)域的石墨棒陽極生物量及生物膜形貌觀測(cè)47-49
• 3.3 36 根石墨棒電極陣列（6×6）三維陽極實(shí)驗(yàn)研究49-59
• 3.3.1 陽極啟動(dòng)曲線及電極陣列對(duì)稱性驗(yàn)證49-50
• 3.3.2 6×6 石墨棒電極陣列內(nèi)部p H及電流分布50-53
• 3.3.3 陽極生物膜活性表征53-57
• 3.3.4 不同區(qū)域的石墨棒陽極的內(nèi)阻分析57-58
• 3.3.5 不同區(qū)域的石墨棒陽極生物量及生物膜形貌觀測(cè)58-59
• 3.4 本章小結(jié)59-61
• 4 固定框架下不同間距石墨棒電極陣列實(shí)驗(yàn)研究61-79
• 4.1 引言61
• 4.2 陽極啟動(dòng)曲線及電極陣列對(duì)稱性驗(yàn)證61-63
• 4.3 石墨棒電極陣列內(nèi)部p H及電流分布63-66
• 4.4 陽極生物膜的活性表征66-72
• 4.4.1 有底物條件下陽極生物膜循環(huán)伏安曲線66-68
• 4.4.2 無底物條件下陽極生物膜循環(huán)伏安曲線68-72
• 4.5 不同區(qū)域的石墨棒陽極的內(nèi)阻分析72-74
• 4.6 不同區(qū)域的石墨棒陽極生物量及生物膜形貌觀測(cè)74-76
• 4.7 本章小結(jié)76-79
• 5 100 根石墨棒電極陣列實(shí)驗(yàn)研究79-93
• 5.1 引言79
• 5.2 陽極啟動(dòng)曲線及電極陣列對(duì)稱性驗(yàn)證79-81
• 5.3 石墨棒電極陣列內(nèi)部p H及電流分布81-83
• 5.4 陽極生物膜的活性表征83-88
• 5.4.1 有底物條件下陽極生物膜循環(huán)伏安曲線83-84
• 5.4.2 無底物條件下陽極生物膜循環(huán)伏安曲線84-88
• 5.5 不同區(qū)域的石墨棒陽極的內(nèi)阻分析88-89
• 5.6 不同區(qū)域的石墨棒陽極生生物量及生物膜形貌觀測(cè)89-90
• 5.7 本章小結(jié)90-93
• 6 結(jié)論與展望93-95
• 6.1 本文主要結(jié)論93
• 6.2 后續(xù)工作與展望93-95
• 致謝95-97
• 參考文獻(xiàn)97-101
• 附錄101
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目101
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的榮譽(yù)101

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1 尚倩倩;方紅衛(wèi);何國(guó)建;;水利工程中的生物膜研究進(jìn)展[J];中國(guó)科技論文在線;2010年07期

2 謝暉;生物膜簡(jiǎn)介[J];醫(yī)院藥學(xué)雜志;1981年02期

3 張紅霞;;聚焦“生物膜的結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用”[J];試題與研究;2011年24期

4 趙慶良,黃汝常;復(fù)合式生物膜反應(yīng)器中生物膜的特性[J];環(huán)境污染與防治;2000年01期

5 王榮昌,文湘華,錢易;激光掃描共聚焦顯微鏡用于生物膜研究[J];中國(guó)給水排水;2003年12期

6 本刊編輯部;生物膜過濾機(jī)理及應(yīng)用[J];中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè);2003年02期

7 李魚,董德明,劉亮,楊帆,花修藝,張菁菁;自然水體生物膜生長(zhǎng)環(huán)境與其吸附鉛、鎘能力的關(guān)系[J];內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年06期

8 邱海源;污染環(huán)境下的海洋生物膜[J];海洋世界;2004年08期

9 張秀玲,姜斌,李鑫鋼;生物膜吸附重金屬離子的模型及影響因素的研究[J];工業(yè)用水與廢水;2005年04期

10 李天成;李鑫鋼;朱慎林;;生物膜形成與發(fā)展二維動(dòng)態(tài)模擬(英文)[J];中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年S2期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭波;;生物膜研究進(jìn)展[A];第8屆全國(guó)抗菌藥物臨床藥理學(xué)術(shù)會(huì)議暨北京大學(xué)臨床藥理研究所成立三十周年論文集[C];2010年

2 Michael Gittins;;生物膜及其清除[A];中華護(hù)理學(xué)會(huì)第7屆消毒供應(yīng)中心發(fā)展論壇大會(huì)資料[C];2011年

3 于樹云;宋詩鐸;;萬古霉素聯(lián)合鹽酸氨溴索對(duì)表葡菌生物膜干預(yù)作用的實(shí)驗(yàn)研究[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第七屆全國(guó)呼吸道感染學(xué)術(shù)大會(huì)暨第一屆多學(xué)科抗感染治療學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編[C];2011年

4 隋森芳;;從分子到細(xì)胞——生物膜研究發(fā)展的動(dòng)力[A];第七屆全國(guó)生物膜學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要匯編[C];1999年

5 陳Oz;;生物膜與后基因組時(shí)代[A];后基因組時(shí)代的基因功能研究——青年科學(xué)家論壇第八十次活動(dòng)論文集[C];2003年

6 吳駿逸;陸維昌;陳邦林;;新型懸浮材料上的生物膜降解氮的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2004年

7 于樹云;宋詩鐸;;萬古霉素聯(lián)合鹽酸氨溴索對(duì)表葡菌生物膜干預(yù)作用的實(shí)驗(yàn)研究[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)年會(huì)——2011（第十二次全國(guó)呼吸病學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議）論文匯編[C];2011年

8 唐夢(mèng)丹;鄭建鋒;趙敬軍;;曲霉生物膜研究進(jìn)展[A];2012全國(guó)中西醫(yī)結(jié)合皮膚性病學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2012年

9 李劍鋒;張紅東;邱楓;楊玉良;;離散變分原則在生物膜形變模擬中的應(yīng)用[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題B：高分子理論、計(jì)算與模擬[C];2013年

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1 記者 孫琪;頂級(jí)專家聚蓉 研討防治“生物膜”[N];四川日?qǐng)?bào);2011年

2 記者 盛利;細(xì)菌生物膜研究將有效破解細(xì)菌抗藥性[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

3 本報(bào)記者 常麗君;掌控細(xì)胞悄悄話 攻破細(xì)菌生物膜[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

4 常麗君;新系統(tǒng)能將生物膜改造成生物材料工廠[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

5 實(shí)習(xí)生 操秀英;科學(xué)家發(fā)明細(xì)菌膜檢測(cè)新設(shè)備[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

6 田建軍;生物膜為污水處理提供新模式[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2004年

7 遼君;生物膜讓“老慢支”久治不愈[N];衛(wèi)生與生活報(bào);2003年

8 本報(bào)記者 李穎;生物膜+微孔曝氣 凈化水體初戰(zhàn)告捷[N];中國(guó)花卉報(bào);2006年

9 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院;海水工廠化養(yǎng)殖循環(huán)水凈化系統(tǒng)中生物膜快速構(gòu)建方法[N];中國(guó)漁業(yè)報(bào);2013年

10 唐偉;生物膜研究領(lǐng)域的新收獲[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

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1 孫靜;表面附著、休眠對(duì)白色念珠菌生物膜滯留菌形成的影響及滯留菌相關(guān)基因的初步篩選[D];山東大學(xué);2015年

2 李培謙;黃瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucuifimViiiw)生物膜的形成及相關(guān)基因功能分析[D];廣西大學(xué);2015年

3 陳穎;肺癌生物材料植入白色念珠菌—表皮葡萄球菌生物膜的形成與宿主免疫功能的關(guān)系[D];昆明醫(yī)科大學(xué);2015年

4 史惠卿;亞-MIC頭孢他啶、頭孢哌酮對(duì)大腸埃希菌生物膜形成的影響及機(jī)制研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2013年

5 王小燕;氣管導(dǎo)管材料表面細(xì)菌與真菌混合生物膜形成及真菌密度感應(yīng)分子對(duì)混合生物膜的作用研究[D];昆明醫(yī)科大學(xué);2015年

6 王培培;生防枯草芽胞桿菌NCD-2ko株豐產(chǎn)素合成和生物膜形成相關(guān)基因的功能分析[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

7 陸笑;LuxS/AI-2密度感應(yīng)信號(hào)影響草綠色鏈球菌生物膜致病力的研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

8 祝澤兵;供水管網(wǎng)中的耐氯菌群及其耐氯機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 徐志輝;解淀粉芽孢桿菌SQR9生物膜形成和根際定殖分子機(jī)理研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

10 何洪靜;表皮葡萄球菌耐藥特征及其PIA上游調(diào)控子與亞-MIC紅霉素影響其生物膜形成的關(guān)系研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2015年

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1 閆穎娟;基于生物膜形成的乳酸菌連續(xù)接種工藝研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

2 王薇;管道特征對(duì)實(shí)際供水管網(wǎng)生物膜微生物種群多樣性的影響研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 楊安逸;沼氣攪拌式固定床的工藝及其生物膜特性[D];黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué);2015年

4 王娟;抗生素鎖技術(shù)治療中心靜脈導(dǎo)管相關(guān)感染的實(shí)驗(yàn)室研究[D];長(zhǎng)江大學(xué);2015年

5 尼逸倫;池塘生物膜低碳養(yǎng)殖新模式應(yīng)用研究[D];集美大學(xué);2015年

6 尹正國(guó);脫管散體外抗銅綠假單胞菌生物膜作用的研究[D];甘肅中醫(yī)藥大學(xué)(原名：甘肅中醫(yī)學(xué)院);2015年

7 董麗紅;棉花根系分泌物對(duì)枯草芽胞桿菌NCD-2菌株生物膜形成的影響[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

8 謝冰涵;低溫對(duì)MFC產(chǎn)電性能及陽極生物膜群落結(jié)構(gòu)影響的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 翟振;LEA蛋白特征重復(fù)片段對(duì)POPE生物膜的干燥保護(hù)活性研究[D];上海理工大學(xué);2015年

10 戴行楠;污垢對(duì)城市原生污水換熱的影響[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：微小孔隙內(nèi)電化學(xué)活性生物膜成膜及pH分布特性，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：471749