發(fā)布時(shí)間：2018-03-22 18:04

  本文選題：厭氧消化　切入點(diǎn)：甲烷　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：有機(jī)廢棄物資源如果不處理或處理不好,將成為污染之源,加重環(huán)境問題;如果將其應(yīng)用到厭氧消化領(lǐng)域,則能變廢為寶,成為綠色能源的材料之源,能有效緩解目前日益突出的世界環(huán)境污染和能源匱乏問題,造福人類。然而并不是所有的有機(jī)廢棄物資源都能被自然界中的微生物降解,如木質(zhì)纖維素材料則難以被微生物降解轉(zhuǎn)化。而生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化技術(shù)的出現(xiàn),為解決這部分難降解有機(jī)廢棄物帶來了曙光。大部分有機(jī)廢棄物資源,特別是在自然界中難以被微生物利用的那部分有機(jī)廢棄物資源,都可通過簡單的高溫?zé)峤舛瞥缮锾?被應(yīng)用到環(huán)保、能源等領(lǐng)域。作為活性炭的前驅(qū)體,生物炭與活性炭有很多相似之處,而活性炭在環(huán)保、能源等領(lǐng)域的優(yōu)良性能,在由來已久的國內(nèi)外研究中已被證實(shí),因此研究生物炭在能源領(lǐng)域的應(yīng)用將極具經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。針對(duì)以上問題,本課題將三維電極光催化技術(shù)引入到微生物燃料電池技術(shù)中,組成新穎的光電微生物燃料電池(Photoelectric microbial fuel cells,PE-MFC),并以生物炭顆粒作為其三維電極粒子及生物膜載體,研究以生物炭介導(dǎo)的光電微生物燃料電池及其機(jī)理,為實(shí)現(xiàn)微生物燃料電池同步產(chǎn)電與產(chǎn)沼氣,并提高傳統(tǒng)沼氣技術(shù)的生產(chǎn)效率與沼氣品質(zhì),同時(shí)為充分利用有機(jī)廢棄物資源,特別是利用難降解有機(jī)廢棄物資源化利用提供參考。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括以下方面:(1)生物炭改性實(shí)驗(yàn)及其表征。本課題采用的是顆粒狀生物炭(GBC),分別對(duì)其進(jìn)行表面活性劑陽離子、陰離子改性及甲烷抑制改性,并采用傅里葉紅外光譜分析(FTIR)技術(shù)、X射線衍射分析(XRD)技術(shù)、比表面積檢測(BET)技術(shù)等對(duì)改性前后生物炭的理化性質(zhì)進(jìn)行表征。研究表明,試驗(yàn)選用的果木生物炭GBC在晶體結(jié)構(gòu)上是具有亂層結(jié)構(gòu)的無序石墨微晶體結(jié)構(gòu);經(jīng)表面陽離子活性劑改性及甲烷抑制改性后的GBC,結(jié)晶效果得到增強(qiáng),晶粒得到細(xì)化;而經(jīng)陰離子改性后的GBC,晶體結(jié)構(gòu)有序性減弱,晶格膨脹造成缺陷,也增加了活性位點(diǎn)。經(jīng)傅里葉紅外光譜分析知,GBC表面具有豐富的化學(xué)官能團(tuán),如羧基、羥基、甲基、亞甲基和氨基等具備較好的親生物性。生物炭改性前比表面積為15.87m2,改性后GBC比表面積均減小,在2.34~4.09m2.g-1間。且GBC在污泥環(huán)境中時(shí),對(duì)污泥具有吸附作用,GBC吸附性能大小順序?yàn)镚BCSBES-GBCSDS-GBCPEI-GBC;在污泥濃度達(dá)到92g.L-1(接近本文后續(xù)研究中PE-MFC啟動(dòng)時(shí)的污泥濃度)時(shí),改性前后GBC對(duì)污泥的吸附容量均接近達(dá)到飽和。(2)生物炭介導(dǎo)對(duì)PE-MFC電化學(xué)特性的影響。通過將經(jīng)陽離子、陰離子改性的生物炭顆粒及未經(jīng)改性的生物炭顆粒投入到自行設(shè)計(jì)的PE-MFC中,研究生物炭在其中作為三維電極填充粒子時(shí)所起的對(duì)PE-MFC的電化學(xué)介導(dǎo)作用及其影響。研究表明,生物炭在PE-MFC中的電化學(xué)介導(dǎo)作用主要體現(xiàn)在其在PE-MFC中起到了三維電極的作用,增加了PE-MFC的光催化電場,提高光催化效率,進(jìn)而促進(jìn)PE-MFC的電子傳遞;微生物在生物炭表面形成的生物膜,對(duì)生物炭在PE-MFC中的電化學(xué)介導(dǎo)作用的影響并不十分明顯;此外,經(jīng)陰離子改性后的生物炭由于表面電活性的增強(qiáng)使其在PE-MFC中的介導(dǎo)作用比其他性質(zhì)的生物炭更為顯著。(3)生物炭介導(dǎo)對(duì)PE-MFC產(chǎn)甲烷特性的影響。通過將經(jīng)甲烷抑制改性、陽離子改性、陰離子改性及未經(jīng)改性的生物炭顆粒投入到自行設(shè)計(jì)的PE-MFC中,研究生物炭在其中作為生物膜載體時(shí)所起的對(duì)PE-MFC的微生物介導(dǎo)作用及其特性。研究表明生物炭在PE-MFC中起到了生物膜載體的介導(dǎo)作用,通過固定化微生物、吸附有機(jī)質(zhì)、調(diào)控CO2與活性氫[H]的濃度配比等,使PE-MFC周期內(nèi)日產(chǎn)氣量與甲烷含量顯著提升。
[Abstract]:......
【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】：2017
【分類號(hào)】：S216.4;TM911.45

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本文編號(hào)：1649776