微生物燃料電池（Microbial fuel cell,MFC）技術(shù)在凈化污水的同時可以將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,是一種新型污水處理與能源回收技術(shù),為未來污水處理提供了新思路�？諝庑蚆FC具有良好的應(yīng)用前景,不需主動曝氣,陰極以空氣中的氧氣為電子受體,還原產(chǎn)物是水。庫侖效率和功率密度偏低、成本偏高是制約空氣型MFC實用化的關(guān)鍵問題。本論文系統(tǒng)研究了空氣型MFC分隔材料特性,并以此為基礎(chǔ)對空氣陰極及反應(yīng)器構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化,以提高M(jìn)FC產(chǎn)電功率和庫侖效率,為進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。本論文建立了以質(zhì)子傳質(zhì)系數(shù)、氧氣傳質(zhì)系數(shù)以及歐姆內(nèi)阻為評價指標(biāo)的空氣型MFC分隔材料的評價體系,比較了非荷電性分隔材料玻璃纖維、尼龍、J-Cloth以及荷電性分隔材料陰、陽離子交換膜等多種材料的特性與產(chǎn)電性能。研究表明玻璃纖維具有良好的質(zhì)子傳遞性能、高效的阻隔氧氣性能以及較小的歐姆阻力,用作分隔材料可以有效縮短MFC啟動時間,增強陽極性能,減少陰極生物污染,提高產(chǎn)電功率和庫侖效率。本論文考察了非荷電性分隔材料孔徑對MFC產(chǎn)電性能的影響,研究表明0.2μm～160μm六種孔徑尼龍材料用作分隔材料時MFC的功率密度... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 微生物燃料電池基本原理及構(gòu)型
        1.2.1 微生物燃料電池的基本原理
        1.2.2 產(chǎn)電微生物胞外電子傳遞機理
        1.2.3 微生物燃料電池構(gòu)型概述
        1.2.4 空氣型微生物燃料電池優(yōu)勢與不足
    1.3 微生物燃料電池分隔材料研究進(jìn)展
        1.3.1 荷電性分隔材料
        1.3.2 非荷電性分隔材料
    1.4 微生物燃料電池空氣陰極研究進(jìn)展
        1.4.1 陰極在MFC中的重要性
        1.4.2 空氣陰極催化劑
        1.4.3 空氣陰極擴散層優(yōu)化
    1.5 研究目的和研究內(nèi)容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 空氣型微生物燃料電池的構(gòu)建與性能評價方法
    2.1 微生物燃料電池的構(gòu)建
        2.1.1 空氣陰極的制作
        2.1.2 陽極及預(yù)處理
        2.1.3 反應(yīng)器組裝
    2.2 微生物燃料電池的啟動、運行與數(shù)據(jù)采集
        2.2.1 反應(yīng)器的啟動與運行
        2.2.2 電壓數(shù)據(jù)的采集
    2.3 微生物燃料電池的性能評價
        2.3.1 極化曲線與功率密度曲線
        2.3.2 庫侖效率的測定與計算
        2.3.3 交流阻抗譜法
        2.3.4 線性掃描伏安法
        2.3.5 循環(huán)伏安法
    2.4 材料表征、生物學(xué)方法與其它測試方法
        2.4.1 掃描電子顯微鏡
        2.4.2 生物量的測定
        2.4.3 細(xì)菌16S rRNA克隆文庫及評估方法
        2.4.4 溶解氧的測定
第3章 空氣型微生物燃料電池分隔材料特性與優(yōu)選
    3.1 微生物燃料電池分隔材料特性的表征
        3.1.1 分隔材料內(nèi)阻、質(zhì)子傳遞性能以及氧氣傳質(zhì)性能
        3.1.2 空氣型MFC在無分隔材料下啟動
        3.1.3 分隔材料在空氣型MFC中的產(chǎn)電性能
    3.2 非荷電性分隔材料孔徑對微生物燃料電池產(chǎn)電的影響
        3.2.1 不同孔徑尼龍和玻璃纖維濾膜的材料特性
        3.2.2 不同孔徑尼龍作為分隔材料的產(chǎn)電性能
        3.2.3 不同孔徑玻璃纖維濾膜的產(chǎn)電性能
        3.2.4 功率密度與庫侖效率間的關(guān)系
    3.3 荷電性分隔材料特性與調(diào)控
        3.3.1 陰、陽離子交換膜在MFC中的產(chǎn)電性能與形變
        3.3.2 采用不銹鋼網(wǎng)控制膜材料形變下的MFC產(chǎn)電性能
        3.3.3 膜材料對MFC中溶液的pH值和電導(dǎo)率的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 玻璃纖維分隔材料對空氣型微生物燃料電池啟動和產(chǎn)電的影響
    4.1 玻璃纖維分隔材料在不同溫度下對微生物燃料電池啟動的影響
        4.1.1 有/無分隔材料下MFC啟動階段的電壓輸出
        4.1.2 有/無分隔材料下MFC產(chǎn)電性能
    4.2 玻璃纖維分隔材料在不同溫度下對陽極性能的影響
        4.2.1 長期運行陽極電勢變化
        4.2.2 陽極的循環(huán)伏安特性
        4.2.3 陽極的阻抗譜特性與內(nèi)阻
        4.2.4 陽極微生物對溫度的適應(yīng)性
        4.2.5 陽極微生物量對陽極性能的影響
        4.2.6 陽極微生物群落結(jié)構(gòu)分析
    4.3 玻璃纖維分隔材料對陰極氧氣傳質(zhì)及陰極生物膜特性的影響
        4.3.1 新、舊分隔材料與陰極的氧氣傳質(zhì)特性
        4.3.2 實際MFC運行中溶解氧溶度
        4.3.3 陰極與分隔材料上的生物膜
    4.4 本章小結(jié)
第5章 空氣陰極優(yōu)化研究
    5.1 空氣陰極碳布防水比例與擴散層層數(shù)優(yōu)化研究
        5.1.1 不同碳布防水比例及不同擴散層層數(shù)空氣陰極的制備
        5.1.2 不同碳布防水比例及不同擴散層層數(shù)空氣陰極MFC產(chǎn)電性能
        5.1.3 空氣陰極的線性掃描伏安特性
        5.1.4 空氣陰極氧氣傳質(zhì)性能與功率密度之間的關(guān)系
    5.2 FEP替代PTFE作為防水與擴散層材料的研究
        5.2.1 FEP替代PTFE空氣陰極的制備
        5.2.2 低防水比例碳布FEP擴散層空氣陰極MFC的產(chǎn)電性能
        5.2.3 中高防水比例碳布FEP擴散層空氣陰極MFC的產(chǎn)電性能
        5.2.4 不同F(xiàn)EP空氣陰極MFC的產(chǎn)電性能與運行穩(wěn)定性
    5.3 填料型非鉑催化空氣陰極的研究
        5.3.1 填料型非鉑催化空氣陰極MFC的搭建
        5.3.2 不同陰極填料的MFC產(chǎn)電性能
        5.3.3 活性炭和活性半焦質(zhì)量對MFC產(chǎn)電性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 空氣型微生物燃料電池構(gòu)型優(yōu)化
    6.1 基于碳布陽極微生物燃料電池構(gòu)型優(yōu)化
        6.1.1 基于碳布陽極不同構(gòu)型MFC的搭建
        6.1.2 不同構(gòu)型碳布陽極MFC的產(chǎn)電性能
        6.1.3 雙側(cè)三合一MFC的運行穩(wěn)定性
    6.2 基于碳刷陽極微生物燃料電池構(gòu)型優(yōu)化
        6.2.1 基于碳刷陽極不同構(gòu)型MFC的搭建
        6.2.2 不同構(gòu)型碳刷陽極MFC的產(chǎn)電性能
        6.2.3 碳刷陽極與碳布陽極MFC的性能比較
    6.3 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與建議
    7.1 結(jié)論
    7.2 建議
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國城市污水處理廠能耗規(guī)律的統(tǒng)計分析與定量識別[J]. 楊凌波,曾思育,鞠宇平,何苗,陳吉寧.  給水排水. 2008(10)
[2]無介體微生物燃料電池的研究進(jìn)展[J]. 黃霞,梁鵬,曹效鑫,范明志.  中國給水排水. 2007(04)
[3]產(chǎn)電微生物及微生物燃料電池最新研究進(jìn)展[J]. 洪義國,郭俊,孫國萍.  微生物學(xué)報. 2007(01)
[4]“三合一”微生物燃料電池的產(chǎn)電特性研究[J]. 曹效鑫,梁鵬,黃霞.  環(huán)境科學(xué)學(xué)報. 2006(08)

博士論文
[1]微生物燃料電池中多元生物質(zhì)產(chǎn)電特性與關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王鑫.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[2]微生物燃料電池中產(chǎn)電菌與電極的作用機制及其應(yīng)用[D]. 曹效鑫.清華大學(xué) 2009



本文編號：2944920