本文關(guān)鍵詞：生物陰極MFC的構(gòu)建及其性能研究與納米材料對MFC的影響　出處：《福建師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 微生物燃料電池 純種生物陰極 脫氮 產(chǎn)電 納米石墨烯 納米鐵

【摘要】：本文研究了脫氮副球菌YF1在微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)陰極中的脫氮、電能輸出性能與納米石墨烯與納米鐵在微生物燃料電池中對產(chǎn)電以及底物降解速率的影響。首先,通過構(gòu)建脫氮副球菌YF1生物陰極微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)同步脫氮、去除COD、產(chǎn)電的目標(biāo),并且測試了脫氮菌在陰極的降解特性、電量輸出情況以及不同碳氮比、pH值對該微生物燃料電池的影響,通過表征以及一系列測試,探討了脫氮副球菌YF1生物陰極微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)同步脫氮、去除COD、產(chǎn)電的機(jī)理。發(fā)現(xiàn)陰極碳氮比,pH值對產(chǎn)電和脫氮效率有明顯影響,當(dāng)MFC的陰極運(yùn)行條件pH值為8.0,碳氮比為20時(shí),陰極細(xì)菌產(chǎn)電最優(yōu),且脫氮速率快；運(yùn)行時(shí)間15h時(shí),脫氮率高達(dá)100%且無亞硝酸根生成,最大輸出電壓為150mV。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,微生物燃料電池運(yùn)行過程中,細(xì)菌降解硝酸根的機(jī)理為硝酸根還原為Nz或者直接作為細(xì)菌自身的營養(yǎng)物質(zhì)。此外,循環(huán)伏安(CV)、掃描電鏡(SEM)表征技術(shù)測試了不同的pH值對MFC的影響。本研究工作與相關(guān)研究不同是：文獻(xiàn)報(bào)道的是利用混合菌在陰極完成脫氮產(chǎn)電,而本文是利用課題組自篩保存的脫氮副球菌YF 1構(gòu)建純種生物陰極,排除了因?yàn)殛帢O為混合菌帶來的脫氮、產(chǎn)電機(jī)理研究不夠明確的難題。我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：在MFC運(yùn)行中,副球菌YF1的導(dǎo)電機(jī)制最有可能為接觸導(dǎo)電。其次,為了提高微生物燃料電池電壓輸出,相關(guān)研究著力于把納米技術(shù)引入微生物燃料電池中,同時(shí)環(huán)境中隨著納米材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,勢必導(dǎo)致環(huán)境中的納米材料存量的增加,因此關(guān)于納米材料可能產(chǎn)生的生物效應(yīng)與安全性問題引起了環(huán)境學(xué)界及生物學(xué)界的關(guān)注,研究納米材料對環(huán)境微生物毒性效應(yīng)的課題成為未來材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的熱點(diǎn)課題,其中納米材料對生物電化學(xué)系統(tǒng)(MFC)性能的影響研究幾乎空白。本文在課題組研究基礎(chǔ)上優(yōu)先切入這一新興研究領(lǐng)域,初探了納米材料(石墨烯／納米鐵)在微生物燃料電池中是否具有生物相容性,是否具有電極修飾應(yīng)用潛能的特性,同時(shí)研究了懸浮的納米材料對微生物燃料電池性能的影響。為此設(shè)計(jì)了不同種類與不同濃度納米材料加入微生物燃料電池中的實(shí)驗(yàn),考察了微生物燃料電池的運(yùn)行周期以及電壓輸出情況。通過對微生物燃料電池陽極的COD測試,考察了陽極溶液中有機(jī)物代謝特征；采用SEM、TEM、FTIR、 XRD、EDS等表征技術(shù)考察了懸浮液中微生物生長情況,電極表面微生物的活性情況,微生物與納米材料之間的相互作用情況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：石墨烯具有較好的生物相容性,而納米鐵對微生物燃料電池中的細(xì)菌具有較大的生物毒性。500mg/L與50mg/L的石墨烯的加入加快了微生物燃料電池中懸浮非產(chǎn)電菌生長,導(dǎo)致MFC的運(yùn)行周期分別減少了40h與20h,庫侖效率降低,總電能輸出減少。而500mg/L與50mg/L的納米鐵的添加對MFC影響不同于石墨烯,其中500mg/L的納米鐵在培養(yǎng)液中團(tuán)聚,加快微生物燃料電池中懸浮非產(chǎn)電菌生長,加快了COD的降解,且高濃度的納米鐵對電極表面的細(xì)菌有較大毒性,導(dǎo)致MFC運(yùn)行在65h時(shí),電極表面細(xì)菌大面積死亡,運(yùn)行中止。而50mg/L的納米鐵加入對MFC陽極中懸浮非產(chǎn)電菌有納米毒性,抑制了陽極室中非產(chǎn)電細(xì)菌的生長,導(dǎo)致MFC運(yùn)行周期延長10h,增加了庫侖效率,總電能輸出提升。因此可以推斷：納米石墨烯因?yàn)榫哂休^好的生物相容性,可以作為電極修飾物,增加電極的比表面積與導(dǎo)電性能。低濃度的納米鐵可以作為抑制劑,抑制微生物燃料電池陽極中懸浮非產(chǎn)電菌的生長,增加了庫侖效率,降低污泥產(chǎn)生量,提升總電能輸出。
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM911.45;X703

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 袁文俊;周勇敏;;納米顆粒團(tuán)聚的原因及解決措施[J];材料導(dǎo)報(bào);2008年S3期

2 劉燕;甘莉;黃哲強(qiáng);陳祖亮;程迎;林晨;;脫氮副球菌YF1的反硝化特性研究[J];水處理技術(shù);2010年10期

，

本文編號(hào)：1332271