【摘要】：微生物燃料電池技術(shù)(Microbial fuel cell,MFC)是以微生物為催化劑將有機(jī)廢棄物降解并將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在MFC技術(shù)中,陽極微生物群落是決定反應(yīng)器性能的核心要素,研究期望通過木醋液添加改善MFC陽極微生物群落,進(jìn)而促進(jìn)反應(yīng)器產(chǎn)電性能及底物降解性能,對(duì)理解木醋液在MFC中降解效果及產(chǎn)電機(jī)制有一定理論意義,能夠?yàn)楹罄m(xù)木醋液作為一種MFC促進(jìn)劑提供理論支持。首先進(jìn)行了單室型空氣陰極MFC與雙室型空氣陰極MFC的產(chǎn)電對(duì)比研究,結(jié)果表明雙室型空氣陰極MFC的產(chǎn)電效果較好,因此以其作為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)裝置。采用雙室型MFC反應(yīng)器,對(duì)不同濃度木醋液用作MFC底物時(shí)的產(chǎn)電效果,底物降解效果及其對(duì)MFC陽極產(chǎn)電微生物的影響進(jìn)行研究。(1)研究了不同濃度木醋液的產(chǎn)電效果,發(fā)現(xiàn)P1-MFC組(1 g/L COD濃度的木醋液)的產(chǎn)電效果最佳,電流密度始終在1.0~1.2 A/m~2間,最大功率密度為0.377 W/m~2,庫倫效率為15.04%;P3-MFC(3 g/L COD濃度的木醋液)組產(chǎn)電效果最差,電流密度一直呈下降狀態(tài),電流密度最低達(dá)到0.174 A/m~2,最大功率密度為0.037 W/m~2,庫倫效率為19.27%。通過電化學(xué)分析發(fā)現(xiàn),P1-MFC組產(chǎn)電效果的優(yōu)化是通過提高反應(yīng)器氧化還原反應(yīng)活性,降低反應(yīng)阻力實(shí)現(xiàn)的。(2)研究了各組底物在MFC中的降解效果,考察了各組底物的COD去除率、有機(jī)酸降解和總酚類降解情況。B-MFC組的COD去除率最高,但其庫倫效率卻并非最高,說明木醋液添加能去除冗余富集產(chǎn)電優(yōu)勢菌群。通過對(duì)各組中乙酸的降解研究,發(fā)現(xiàn)木醋液中某些成分能被降解為乙酸進(jìn)而被用于產(chǎn)電,且產(chǎn)電效果最好的P1-MFC組的乙酸濃度上升點(diǎn)較靠前,該組木醋液中能被降解為乙酸的成分先于其他組被降解利用,使得該組的產(chǎn)電效果較好。三個(gè)木醋液添加組的總酚類降解率依次為P1-MFC(83.95%)、P2-MFC(81.11%)、P3-MFC(57.65%),產(chǎn)電效果越好的反應(yīng)器總酚類去除率也越高,隨著木醋液底物添加濃度的升高M(jìn)FC的總酚類去除率有所降低。(3)研究了不同濃度木醋液對(duì)MFC陽極產(chǎn)電微生物的影響,由陽極電鏡照片觀察發(fā)現(xiàn),各木醋液添加組中P1-MFC陽極菌群中非桿菌菌少于B-MFC組,說明1 g/L COD濃度的木醋液添加能夠促進(jìn)陽極產(chǎn)電微生物生長;而3 g/L COD濃度的木醋液大量殺死了陽極表面微生物,進(jìn)而降低反應(yīng)器的COD去除率。1 g/L與2 g/L COD濃度的木醋液添加均提高了變形菌門(Proteobacteria),δ變形菌綱(Deltaproteobacteria)的Geobacter的相對(duì)豐度,但2 g/L COD濃度的木醋液添加組陽極表面較低的菌群附著密度限制了該組產(chǎn)電效能的的提升。1 g/L COD濃度的木醋液底物能夠促進(jìn)陽極微生物群落生長,提高陽極Geobacter的相對(duì)豐度,進(jìn)而提高反應(yīng)器氧化還原反應(yīng)活性,降低了反應(yīng)阻力,提升反應(yīng)器的產(chǎn)電效果與底物降解效果,提升反應(yīng)器性能。2 g/L與3 g/L COD濃度的木醋液底物均降低了陽極表面的菌群密度,使反應(yīng)器性能有所降低。
【圖文】：

木醋液作為 MFC 底物時(shí)對(duì) MFC 底物，擴(kuò)展了 MFC 的底物利用范究不同木醋液底物濃度的產(chǎn)電效，進(jìn)而優(yōu)化木醋液為底物的 MFC極微生物群落結(jié)構(gòu)，揭示木醋液對(duì)種促進(jìn)劑用于 MFC 中提供理論支法提供了數(shù)據(jù)支撐。研究現(xiàn)狀產(chǎn)電過程電原理從本質(zhì)上理解仍是氧化還微生物的催化作用下完成的。如

木醋液對(duì)微生物燃料電池產(chǎn)電特性及微生物群落的影響會(huì)透過陰極進(jìn)入陽極室抑制陽極厭氧微生物生長，同時(shí)陰極上附著的好極厭氧產(chǎn)電微生物形成競爭關(guān)系，降低反應(yīng)器庫倫效率。形態(tài)上雙室型 MFC 又分為 H 型 MFC 與方形 MFC，H 型 MFC 與方形 1-2 所示。通常 H 型 MFC 的陰、陽極距離較遠(yuǎn)，，且離子交換膜面積較 MFC 的功率密度較小，但此型反應(yīng)器操作簡便且運(yùn)行穩(wěn)定常被用于基本物利用、新型電極材料實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)研究中（Yates et al. 2012；Zhang et al H 型 MFC，方形 MFC 的陰陽極間距較小且其離子交換膜與電極的投影方形 MFC 能產(chǎn)生較高的功率。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM911.45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609988