【摘要】：本文以質(zhì)子交換膜的污染機理分析以及質(zhì)子交換膜在微生物燃料電池中的應(yīng)用為主要研究內(nèi)容,利用QCM-D吸附實驗結(jié)合接觸角和Zeta電位研究分析自制PVDF-g-PSSA膜在三種不同接枝量下牛血清蛋白(BSA)以及海藻酸鈉(SA)的污染情況,同時考察了自制PVDF-g-PSSA膜在三種不同離子強度下牛血清蛋白(BSA)以及海藻酸鈉(SA)的污染情況并與杜邦Nafion膜進行了對比分析。在宏觀上,分析微生物燃料電池中膜表面的胞外聚合物(EPS)的蛋白與多糖含量,利用QCM-D研究EPS在膜表面吸附情況。另外,通過更換新膜前后微生物燃料電池(MFC)的性能變化考察膜污染對系統(tǒng)長期運行的影響。得出的主要結(jié)論如下:1)隨著親水磺酸基團的比例增大,一方面接枝的磺酸基團減少了PVDF與親水性污染物海藻酸鈉(SA)的氫鍵作用,同時親水基團使得膜面形成水合層阻礙污染物的吸附,使得PVDF-g-PSSA膜面SA吸附量急劇下降。隨著親水磺酸基團的比例增大,牛血清蛋白(BSA)吸附量也有所下降,但是PVDF-g-PSSA膜(PVDF:SSS=1:5)的BSA吸附量依然較大并且是SA吸附量的90倍,與SA相比,BSA是膜的主要污染物。2)隨著離子強度的增加,自制膜PVDF-g-PSSA膜面電位不斷減小趨向于零,Nafion膜面電位不斷增大且電負性很小,兩種膜的含水率都在不斷下降。隨著離子強度增大,兩種膜的BSA吸附層的|-ΔD/ΔF|值依次增大,粘彈性提高,同時和含水率不斷減小的結(jié)果相反。不同離子強度下,PVDF-g-PSSA膜面BSA吸附層的|-ΔD/ΔF|值是Nafion膜的2到3倍,說明PVDF-g-PSSA膜的抗BSA吸附的性能更好。3)隨著離子強度增大,兩種膜的SA吸附量不斷增加并且PVDF-g-PSSA膜的SA吸附量始終小于Nafion膜,但是SA吸附量的差距在不斷縮小,說明高離子強度下SA的吸附受到膜本身特性的影響較小。另外,高離子強度下兩種膜的SA吸附難以達到平衡,這點與BSA在高離子強度下更快平衡相反,并且SA后期吸附量巨大,所以在高離子強度下SA是質(zhì)子交換膜的主要污染物之一。4)PVDF-g-PSSA膜上胞外聚合物(EPS)流動性較小,多糖與蛋白含量明顯高于系統(tǒng)污泥EPS中的多糖與蛋白含量。系統(tǒng)污泥EPS中蛋白類有機物含量為9%,QCM-D下降頻率為BSA(20mg/L)吸附的22.8%,膜上EPS中蛋白類有機物含量為20.3%,下降頻率為BSA(20mg/L)吸附的29.8%,由于有機物濃度越大吸附上升速度越慢,這與實驗結(jié)果較為吻合。5)在系統(tǒng)運行6個月后更換新膜,Nafion膜微生物燃料電池內(nèi)阻增加21.5%,功率密度減小33.3%,COD降解率從93.4%下降到87.6%,庫倫效率從5.14%下降到4.25%,PVDF-g-PSSA膜微生物燃料電池內(nèi)阻增加20.5%,功率密度減小22.4%,COD降解率從90.73%下降到86.1%,庫倫效率從4.41%下降到4.12%,PVDF-g-PSSA膜微生物燃料電池的內(nèi)阻、功率密度、COD以及庫倫效率受膜污染影響更小,抗污染能力更強,長期運行更加穩(wěn)定。但是也要注意到,PVDF-g-PSSA膜微生物燃料電池內(nèi)阻大、COD降解率與庫倫效率偏低等缺點,因此深入研究抗污染且性能優(yōu)異的質(zhì)子交換膜對質(zhì)子交換膜微生物燃料電池的長期實際應(yīng)用具有重要意義。
【圖文】：

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文大作用：質(zhì)子的電荷載體，生成氣體的分離和電子絕緣體（由于 SO3-的電子排斥力的存在）。20 世紀 70 年代，，杜邦公司開發(fā)了一種稱為 Nafi酸型質(zhì)子交換膜，使得膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率和使用壽命大大延長。Nafion 膜質(zhì)子交換膜燃料電池的最常用聚合膜，并保持至今。另外，美國 Dow 化日本 Asahi 化學(xué)公司合成了具有較短側(cè)鏈和更高磺酸比例的全氟磺酸膜[

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文面 BSA 吸附的影響，發(fā)現(xiàn)親水角不能全團的特異性相關(guān)。由于高分子有機物 PV被溶劑覆蓋，因此疏水疏油）容易吸附可以與 AFM[5, 77]和表面等離子體共振方面受到溶液的密度、粘度以及流動性粗糙度以及含水率的影響，污染物吸附。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM911.45

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5 印霞h

本文編號：2550635