【摘要】：目前隨著化石能源的大量使用,能源危機(jī)與環(huán)境污染成了人們不得不面對的兩大難題。人們迫切需要一種清潔高效的能源。具有清潔、高效的特性的氫氣是最受人們的青睞的新能源。而傳統(tǒng)制氫工藝由于熱力學(xué)限制,產(chǎn)氫效率不高。由于MEC制氫技術(shù)不僅僅可以利用發(fā)酵末端產(chǎn)物進(jìn)行氫氣生產(chǎn),同時(shí)其也可以利用于廢水處理,所以其在環(huán)境保護(hù)和新能源開發(fā)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著微生物電解池(MEC,Microbial Electrolysis Cell)制氫技術(shù)的發(fā)展,關(guān)于MEC反應(yīng)器構(gòu)型、制氫底物、產(chǎn)甲烷現(xiàn)象等方面展開了大量研究,MEC產(chǎn)氫性能得到了提高。而對于MEC制氫技術(shù)的根本原理,仍然沒有十分明確的定論。MEC陽極膜在MEC制氫中起著關(guān)鍵性作用,其是電活性微生物生長繁殖的重要場所,與氫氣的產(chǎn)生密切相關(guān)。然而對于陽極膜的形成,不同條件下對形成MEC陽極膜的性能有何影響并未有專門研究。因此,本文以乙酸為底物,采用單池MEC制氫反應(yīng)器,對關(guān)鍵環(huán)境因子(電解電壓、初始底物濃度、溫度、初始pH值)進(jìn)行調(diào)控,研究不同條件下對MEC陽極膜的形成和性能影響,從而得到快速培養(yǎng)形成具有好的產(chǎn)氫性能的MEC陽極膜的條件。得到如下具體成果:(1)不同電解電壓對MEC陽極膜的形成及膜的產(chǎn)氫特性有著重要影響。分別在外加電壓為0.2V、0.4V、0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.4V條件下進(jìn)行MEC陽極膜培養(yǎng),而相對來說電解電壓為0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.4V時(shí)更適合MEC陽極膜的培養(yǎng)形成;外源電壓為1.0V時(shí),MEC陽極膜形成過程中,反應(yīng)器電路內(nèi)所產(chǎn)電流值最大,產(chǎn)氫量最高,所形成的陽極膜相比較下產(chǎn)氫特性最好,電化學(xué)活性最好,陽極膜生物量最高,為最適合的MEC陽極膜培養(yǎng)的電解電壓。通過分析電解電壓為0.6~1.0V的膜形成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可知0.52V為該實(shí)驗(yàn)條件下能產(chǎn)生電流的閾值電壓。(2)溫度對MEC陽極膜的形成具有影響。溫度為25℃、35℃時(shí),反應(yīng)器電路中才產(chǎn)生電流,生成氫氣。同時(shí)溫度為35℃時(shí),所形成的陽極膜產(chǎn)氫相比較下產(chǎn)氫特性最好,電化學(xué)活性最好,陽極膜生物量最高,為培養(yǎng)MEC陽極膜最適合溫度。(3)在初始底物濃度為5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L條件下進(jìn)行MEC陽極膜形成實(shí)驗(yàn),得到15g/L、20g/L、25g/L、30g/L條件下,都能快速形成具有產(chǎn)氫特性的MEC陽極膜。初始底物濃度為15g/L上的實(shí)驗(yàn)組反應(yīng)器內(nèi)皆產(chǎn)生電流,生成氫氣。相比較實(shí)驗(yàn)組15g/L,所形成的陽極膜產(chǎn)氫相比較下產(chǎn)氫特性最好,電化學(xué)活性最好,陽極膜生物量最高,為培養(yǎng)MEC陽極膜最適合初始底物濃度。(4)初始pH值對形成MEC陽極膜有著顯著影響。在膜形成過程中初始pH為7、8、9的實(shí)驗(yàn)組反應(yīng)器內(nèi)皆能產(chǎn)生電流,而初始pH值為7、8時(shí),所培養(yǎng)的陽極膜表現(xiàn)出較好產(chǎn)氫特性,有良好的電化學(xué)活性及高的磷含量。所以初始pH值為7~8,為最合適培養(yǎng)MEC陽極膜pH范圍。(5)通過分析具有產(chǎn)氫能力的MEC陽極膜與其膜生物量(磷含量)的關(guān)系,可以知道MEC陽極膜磷含量與其電化學(xué)活性存在有線性關(guān)系。MEC陽極膜的電活性越高其磷含量越大,其表現(xiàn)的產(chǎn)氫特性越好。
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【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ116.2

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本文編號：2472455