偶氮染料具有長期潛在危害,是一種難降解的典型污染物,其無害化處理一直受到人們的重視。甲基橙是印染廢水中最具代表性的偶氮染料之一,將其作為典型污染物進行研究,對其它染料的降解性能研究具有普遍的參考價值。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC),作為一種新型的處理廢水的生物電化學(xué)技術(shù),具有無污染,同時可獲得清潔能源的特點。利用該技術(shù)可以將廢水中的有機物的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,在降解污染物的同時進行能量回收,因此,該技術(shù)具備環(huán)保和節(jié)能兩大重要特性。利用微生物燃料電池處理含有偶氮染料甲基橙等的廢水是一直經(jīng)濟高效的方法,因此具有十分重要的理論價值和工程實際意義。本文以閩南地區(qū)富含甲基橙的偶氮染料廢水為處理對象,采用微生物燃料電池,通過運用微生物學(xué)、分子生物學(xué)和生物化學(xué)手段,實現(xiàn)甲基橙的高效生物脫色。以提高微生物燃料電池的產(chǎn)電能力、降低廢水處理時消耗的巨大電能為基本出發(fā)點,為了充分利用微生物燃料電池在甲基橙脫色降解過程中產(chǎn)生的電能,設(shè)計了一系列的能量收集電路系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)初步實現(xiàn)了為無線傳感器模塊提供電能。實驗使用雙室微生物燃料電池,以碳氈為電極材料,將污水處理廠采集的活性...

【文章頁數(shù)】：171 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 課題研究的目的和意義
    1.2 微生物燃料電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 微生物燃料電池的基本工作原理
        1.2.2 微生物燃料電池的種類
        1.2.3 微生物燃料電池現(xiàn)階段的主要研究方向
    1.3 偶氮染料廢水處理的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 偶氮染料廢水的主要特點
        1.3.2 偶氮染料廢水的處理方法
        1.3.3 偶氮染料廢水的微生物處理研究進展
        1.3.4 偶氮染料廢水處理中存在的問題
    1.4 甲基橙降解技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 甲基橙的主要降解技術(shù)
        1.4.2 甲基橙廢水降解處理中存在的問題
    1.5 微生物燃料電池能量管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.5.1 單個微生物燃料電池能量收集電路系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.5.2 串聯(lián)微生物燃料電池組能量收集電路系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.5.3 微生物燃料電池能量管理系統(tǒng)中存在的問題
    1.6 本論文的主要研究內(nèi)容
    1.7 技術(shù)路線
第2章 實驗材料與方法
    2.1 實驗試劑與儀器
        2.1.1 實驗原料
        2.1.2 實驗試劑
        2.1.3 實驗儀器
    2.2 微生物燃料電池的搭建與穩(wěn)定運行
        2.2.1 微生物燃料電池的搭建
        2.2.2 微生物燃料電池的啟動與穩(wěn)定運行
    2.3 微生物燃料電池的主要電化學(xué)參數(shù)
        2.3.1 微生物燃料電池的開路輸出電壓
        2.3.2 微生物燃料電池的內(nèi)阻
        2.3.3 微生物燃料電池輸出功率
    2.4 微生物燃料電池性能評價和計算方法
        2.4.1 COD去除率
        2.4.2 庫倫效率
        2.4.3 掃描電子顯微鏡
    2.5 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        2.5.1 聚合酶鏈式反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳
        2.5.2 高通量測序技術(shù)
    2.6 甲基橙降解菌的鑒定及電化學(xué)活性分析
        2.6.1 甲基橙降解菌的富集鑒定
        2.6.2 兩株菌株的生理生化指標測試的實驗方法與步驟
        2.6.3 分離菌株對甲基橙的脫色作用及電化學(xué)活性測試分析
第3章 不同pH條件下微生物燃料電池的產(chǎn)電能力及生物多樣性分析
    3.1 引言
    3.2 不同pH條件下微生物燃料電池的產(chǎn)電能力分析
        3.2.1 微生物燃料電池產(chǎn)電對陽極液pH值的影響
        3.2.2 啟動時間
        3.2.3 不同pH值條件下微生物燃料電池的輸出電壓的時間變化曲線
        3.2.4 電池內(nèi)阻和功率密度曲線
        3.2.5 COD去除率與庫倫效率
    3.3 不同pH值條件下微生物燃料電池的生物群落及多樣性分析
        3.3.1 不同pH值對微生物多樣性的影響
        3.3.2 不同pH值對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 具有電化學(xué)活性的甲基橙高效降解菌分離鑒定及產(chǎn)電研究
    4.1 引言
    4.2 電化學(xué)活性甲基橙高效降解菌的篩選與鑒定
        4.2.1 甲基橙高效降解菌株的篩選
        4.2.2 電化學(xué)活性甲基橙高效降解菌株的篩選
    4.3 菌株SP.A與 C.B的鑒定
        4.3.1 菌株SP.A與 C.B的分子生物學(xué)鑒定
        4.3.2 菌株SP.A與 C.B的形態(tài)學(xué)鑒定
        4.3.3 菌株SP.A和 C.B的生理生化分析
    4.4 菌株SP.A和 C.B不同生長時期的電化學(xué)活性
    4.5 菌株SP.A和 C.B的甲基橙脫色降解及產(chǎn)能研究
        4.5.1 菌株SP.A和 C.B對甲基橙的脫色作用研究
        4.5.2 菌株SP.A和 C.B及混合菌種的甲基橙脫色和產(chǎn)能比較
    4.6 本章小結(jié)
第5章 微生物燃料電池能量收集電路的設(shè)計與構(gòu)建
    5.1 引言
    5.2 單個微生物燃料電池的能量管理系統(tǒng)
        5.2.1 超級電容
        5.2.2 單個微生物燃料電池的能量收集電路方案
        5.2.3 基于電荷泵的能量收集電路設(shè)計
        5.2.4 帶有負反饋回路的能量收集電路設(shè)計
        5.2.5 實驗結(jié)果分析
    5.3 串聯(lián)微生物燃料電池的能量管理系統(tǒng)
        5.3.1 微生物燃料電池串聯(lián)時的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象
        5.3.2 串聯(lián)微生物燃料電池的能量收集電路方案
        5.3.3 基于開關(guān)時序控制的能量收集電路設(shè)計
        5.3.4 基于自動控制系統(tǒng)的能量收集電路設(shè)計
        5.3.5 實驗結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 微生物燃料電池驅(qū)動無線傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建
    6.1 引言
    6.2 無線傳感器系統(tǒng)整體架構(gòu)
    6.3 無線傳感器系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
        6.3.1 無線傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送端的硬件電路設(shè)計
        6.3.2 無線傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收端的硬件電路設(shè)計
        6.3.3 無線傳感器系統(tǒng)電路實物
    6.4 無線傳感器的程序設(shè)計
        6.4.1 數(shù)據(jù)采集流程
        6.4.2 無線傳輸模塊nRF24L01 的程序設(shè)計
    6.5 微生物燃料電池驅(qū)動的無線傳感器的系統(tǒng)測試
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點
展望
參考文獻
附錄
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3744421