微生物燃料電池（Microbialfuelcell，MFC）能夠在處理污水的同時(shí)將污水中蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種低能耗的水處理技術(shù)，近年來成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前制約MFC實(shí)際應(yīng)用的主要因素是成本過高和產(chǎn)電性能偏低。由于電極成本在MFC總成本中所占比例最大，同時(shí)電極性能也是決定MFC性能的關(guān)鍵，因此降低電極成本和優(yōu)化電極性能對(duì)于MFC的實(shí)用化具有重要意義。本文以推進(jìn)MFC實(shí)用化為目標(biāo)，篩選用于陽極和生物陰極的廉價(jià)填料型電極材料，通過電極材料特性和構(gòu)型的優(yōu)化提高其產(chǎn)電性能，并將其應(yīng)用于放大的MFC裝置。本研究選擇廉價(jià)的半焦和活性炭與傳統(tǒng)的石墨和碳?xì)蛛姌O材料進(jìn)行產(chǎn)電性能對(duì)比。用于陽極時(shí)，活性炭產(chǎn)電性能最好，半焦較差。導(dǎo)電性過低是限制半焦陽極性能的主要因素。生物量、群落結(jié)構(gòu)以及材料物理特性的測(cè)試結(jié)果表明，比表面積較大的陽極材料有利于產(chǎn)電菌Geobactersulfurreducens的附著生長(zhǎng)。用于陰極時(shí)，半焦的性能僅次于活性炭。生物陰極的性能受生物催化和化學(xué)催化性能的共同影響。比表面積大的材料不僅有利于產(chǎn)電微生物的附著生長(zhǎng)，而且具有較好的化學(xué)催化性能。無論用于陽極和生物陰極，半焦... 

【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)】：125 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 微生物燃料電池
        1.2.1 基本原理和分類
        1.2.2 微生物燃料電池的關(guān)鍵問題
        1.2.3 微生物燃料電池的發(fā)展方向
    1.3 電極材料及構(gòu)型
        1.3.1 陽極材料及構(gòu)型
        1.3.2 陰極材料及構(gòu)型
    1.4 電極特性的優(yōu)化與調(diào)控
        1.4.1 電極材料改性
        1.4.2 電極電勢(shì)調(diào)控
    1.5 MFC 電極研究展望
        1.5.1 成本降低
        1.5.2 特性優(yōu)化
        1.5.3 構(gòu)型優(yōu)化
    1.6 研究目的與內(nèi)容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究?jī)?nèi)容
        1.6.3 技術(shù)路線圖
第2章 廉價(jià)填料型電極材料的篩選
    2.1 試驗(yàn)材料與方法
        2.1.1 電極材料的準(zhǔn)備與特性表征
        2.1.2 反應(yīng)器的搭建與運(yùn)行方式
        2.1.3 MFC 性能參數(shù)測(cè)試
        2.1.4 水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定
        2.1.5 生物量的測(cè)定
        2.1.6 群落結(jié)構(gòu)分析
    2.2 活性炭電極材料的初步篩選
    2.3 電極材料物理特性
    2.4 陽極材料篩選
        2.4.1 產(chǎn)電性能
        2.4.2 生物量及群落結(jié)構(gòu)
        2.4.3 庫侖效率及 COD 去除率
        2.4.4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
    2.5 生物陰極材料的篩選
        2.5.1 產(chǎn)電性能
        2.5.2 生物量及群落結(jié)構(gòu)
        2.5.3 無微生物時(shí)的陰極性能對(duì)比
        2.5.4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
    2.6 本章小結(jié)
第3章 電極材料的改性與電極電勢(shì)調(diào)控
    3.1 試驗(yàn)材料與方法
        3.1.1 半焦改性及性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)
        3.1.2 電極電勢(shì)調(diào)控
        3.1.3 測(cè)試分析方法
    3.2 改性半焦電極的產(chǎn)電性能與分析
        3.2.1 產(chǎn)電性能
        3.2.2 電極材料特性
        3.2.3 陰陽極生物量和陰極的化學(xué)催化性能
        3.2.4 庫侖效率和 COD 去除率
    3.3 電極電勢(shì)調(diào)控效果及作用機(jī)制
        3.3.1 陽極電勢(shì)對(duì)產(chǎn)電性能和產(chǎn)電菌生長(zhǎng)的影響
        3.3.2 陽極電勢(shì)對(duì)產(chǎn)電性能的影響機(jī)制
        3.3.3 陽極電勢(shì)對(duì)產(chǎn)電菌生長(zhǎng)的影響機(jī)制
        3.3.4 陽極電勢(shì)對(duì)產(chǎn)電菌電子傳遞路徑的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 填料型活性焦電極的構(gòu)型優(yōu)化
    4.1 試驗(yàn)材料與方法
        4.1.1 反應(yīng)器的搭建與運(yùn)行方式
        4.1.2 測(cè)試分析方法
    4.2 不同電極厚度的 MFC 的啟動(dòng)
    4.3 集電體位置對(duì)電極性能的影響
        4.3.1 產(chǎn)電性能
        4.3.2 庫侖效率和 COD 去除率
    4.4 集電體構(gòu)型與電極厚度優(yōu)化
        4.4.1 產(chǎn)電性能
        4.4.2 庫侖效率和 COD 去除率
    4.5 本章小結(jié)
第5章 活性焦電極在生物陰極型微生物燃料電池中的應(yīng)用
    5.1 試驗(yàn)材料與方法
        5.1.1 兩段式生物陰極 MFC 的工藝設(shè)計(jì)與反應(yīng)器的搭建
        5.1.2 反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行策略
        5.1.3 分析測(cè)試方法
    5.2 反應(yīng)器的啟動(dòng)
        5.2.1 啟動(dòng)速度
        5.2.2 間歇運(yùn)行條件下的產(chǎn)電性能
    5.3 連續(xù)運(yùn)行條件下的產(chǎn)電及水處理性能
        5.3.1 產(chǎn)電性能
        5.3.2 運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化
        5.3.3 COD 去除情況
        5.3.4 氨氮和總氮去除情況
    5.4 運(yùn)行穩(wěn)定性及電極堵塞后的對(duì)策
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與建議
    6.1 結(jié)論
    6.2 建議
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]“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(bào). 2006(08)
[2]改性半焦煙氣脫硫的研究[J]. 沈芳,上官炬,李春虎,張振榮.  太原理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(03)
[3]飲用水生物處理中生物量的脂磷法測(cè)定[J]. 于鑫,張曉鍵,王占生.  給水排水. 2002(05)

博士論文
[1]微生物燃料電池能量特性研究[D]. 張培遠(yuǎn).北京工業(yè)大學(xué) 2011
[2]微生物燃料電池中產(chǎn)電菌與電極的作用機(jī)制及其應(yīng)用[D]. 曹效鑫.清華大學(xué) 2009

碩士論文
[1]活化半焦處理港口含油廢水的研究[D]. 周瓊.中國(guó)海洋大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3637358