不同污泥接种物对微生物燃料电池菌群形成的影响

为考察不同接种物对微生物燃料电池效能和细菌群落形成的影响,以瓶式空气阴极微生物燃料电池为反应器,采用中美两地污水厂污泥作为接种物,分别启动氧化铟锡玻璃平板阳极微生物燃料电池,研究不同接种物对于反应器的运行效能和微生物群落结构的影响.结果表明,中国污水厂污泥启动的反应器总体运行效能要优于美国污水厂污泥启动的反应器,表现在较短的反应器启动时间,较高的运行电压、输出功率密度和电流密度及COD去除效率.两种反应器的阳极群落也显示出巨大差异,中国污水厂污泥接种的微生物燃料电池反应器,其阳极物种多样性要高于美国污水厂污泥接种的反应器.前者的微生物主要分布在5个门中,而后者的微生物仅分布在3个门.原因与中方污泥未经过氯/脱氯处理有关.利用氧化铟锡玻璃作为微生物燃料电池阳极,提取了全部的阳极生物膜进行高通量测序,从而得到更加准确的数据用于后续分析.     

阳极碳材料对单室空气阴极型微生物燃料电池启动的影响

为了研究单室空气阴极型微生物燃料电池(MFC)反应器内阳极材料对启动过程的影响,采用辊压法制作"三明治"空气阴极,通过比较碳纸、碳毡、碳刷3种形式阳极,观察产电情况,并采用PCR-DGDE技术对阳极的菌落种群分布进行了测定。结果表明,在初次启动过程中,碳毡和碳刷的初次启动最大电压分别达到350、450 mV,最大功率密度为1 021、1 172 mW/m~2;反应器内阳极微生物种类数量大致相同,变形菌属Geobacter(产电菌属)为优势菌,但以碳纸为阳极的反应器中产电菌种所占比例较小,产电效率低,不适合作为MFC阳极。MFC在冷冻后重新启动和间歇式启动条件下,碳毡的启动效果优于碳刷,表现出较强的稳定性,更适合单室MFC使用。在利用微生物产电时,阳极生物膜的状况是影响反应器运行和用途的重要因素。     

镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的促进

为考察镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的影响,利用电化学测量与高通量测序等方法对比研究不同浓度镁离子对微生物燃料电池阳极电势、电化学活性与阳极微生物群落结构等方面的促进作用.结果表明:当阳极底物中镁离子浓度分别为0.5(M1)、2.0(M2)和5.0 mmol/L(M3)时,微生物燃料电池阳极电势由对照组的-0.417 V(CK,vs.Ag/Ag Cl)分别降低至-0.443(M1)、-0.469(M2)和-0.477 V(M3).相应地,功率密度也由36.65 m W/m2(CK)分别提高至40.19(M1)、44.21(M2)和45.48 m W/m2(M3).此外,阳极微生物的电化学活性与产电微生物量均随阳极底物中镁离子浓度的升高得到显著提高,说明镁离子能够提高微生物燃料电池的功率输出,对胞外电子传递过程有重要作用.     

无介体MFC微生物催化剂的“独立驯化”与“在线驯化”结合研究

采用独立驯化和在线驯化相结合的新颖方式,以碳毡、碳布和碳纸为阳极挂膜材料,考察驯化方式和阳极材料对无介体微生物燃料电池(MFC)产电性能和有机物去除效果的影响.结果表明,独立驯化期阳极材料特性对微生物挂膜的影响较大,扫描电镜结果表明挂膜效果最好的是碳毡,碳布次之,碳纸较差;在线驯化约10 h后,微生物催化剂的电化学活性显著升高,第2个周期电压达到峰值(碳毡、碳布、碳纸的峰电压分别为0.803、0.604和0.574 V),第3个周期MFC能长时间稳定运行,其中,碳毡MFC电压平台维持在0.78 V左右长达180 h;比较MFCs的产电能力优劣顺序为:碳毡(1 339.6 mW/m3)＞碳纸(96.8 mW/m3)＞碳布(80 mW/m3);COD去除率为:碳毡(89.5%)＞碳纸(79%)＞碳布(74.7%).     

乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程

以多孔碳纸为阳极,耐水性电催化材料为阴极,设计了无媒介双室微生物燃料电池(MFC).以厌氧污泥为出发菌株,乙酸钠为底物,外接一定负载条件下,进行MFC产电过程研究.分别研究进水质量浓度在800 mg/L,1200 mg/L,1600 mg/L,2000 mg/L,以及在外电阻条件为400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω,水力停留时间48 h时,负载两端的电压、功率密度、电化学池中生物量(VSS)和出水COD的变化规律.结果表明,进水质量浓度升高时,阳极池内生物量减少,COD去除率降低,MFC功率密度提高.在进水乙酸钠质量浓度为2000 mg/L时,MFC最高功率密度为35.71 mW/m2,电流密度为345 mA/m2.外电阻阻值降低后,平均出水COD升高,MFC电流升高,阳极池微生物产电能力增强.     

超滤膜为分隔膜的双室微生物燃料电池的产电特性

针对分隔膜对微生物燃料电池产电特性的影响问题,采用截留分子质量(MWCO)分别为4 ku、10 ku、30 ku和100 ku的4种不同超滤膜(UF)作为分隔膜材料进行了基础研究.通过SEM观察,各反应器阳极表面附着形态相同的产电微生物.阶段运行结果表明:4种UF膜中库伦效率最大为4.15%,功率密度最大为113.3mW/m3,内阻随截留分子质量的增大依次为UF(4 ku)211Ω,UF(10 ku)297Ω,UF(30 ku)157Ω,UF(100ku)241Ω;产电结束后各超滤膜MFC的阳极室出水COD均低于80 mg/L,对COD去除率均达到85%以上,出水pH几乎保持不变;采用聚醚砜材质的UF膜(30 ku)功率密度最大,内阻最小,产电性能最为优良.     

微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能

针对全球能源短缺和污泥处理过程中能耗较高等问题,采用微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术处理剩余污泥并将污泥中的化学能直接转化成电能,从而实现污泥的稳定化与资源化利用.构建以铁氰化钾为阴极电子受体的双室型微生物燃料电池,分别考察了微生物燃料电池以城市污水处理厂剩余污泥为底物时的产电性能和对污泥的降解效果,并从缓冲溶液、阳极底物浓度和阳极区搅拌3个方面分析其对电池产电性能和污泥降解效果影响.电池输出电压可达到0.66 V,MFC运行一个周期,对污泥总化学需氧量TCOD(total chemical oxygen demand)的去除率为36.4%,阳极区缓冲溶液的投加和搅拌均可提高电能的输出及对污泥TCOD的去除能力.     

硝酸盐质量浓度对微生物燃料电池产电及反硝化的影响

目的研究在不同的硝酸盐质量浓度下,MFC的产电、阴极反硝化情况及阳极COD和氨氮的处理情况．实现产电与阴极反硝化的同时进行．方法阳极以实验生活污水为处理对象,阴极以自配具有一定质量浓度的硝酸盐溶液为处理对象,改变阴极的硝酸盐质量浓度,阳极为间歇厌氧运行模式,阴极为间歇缺氧运行模式．结果 当硝酸盐质量浓度由20-200mg／L逐渐增加时,随着初始硝酸盐质量浓度的增加,亚硝酸盐的积累逐渐增加,最高可达65mg／L,硝酸盐相对去除率几乎没有变化,而硝酸盐的绝对去除率则逐渐减小．硝酸盐质量浓度从20～120mg／L变化时对微生物燃料电池的产电效果基本没有影响,当硝酸盐质量浓度增加到160mg／L时,平均输出电压和最高功率密度明显增加,而当硝酸盐质量浓度增加到200mg／L时,平均输出电压和最高功率密度又明显减少．结论阴极硝酸盐质量浓度为160mg／L时,MFC阳极COD的去除率最高,产电效果最好．     

处理垃圾渗滤液复合式膜生物反应器中微生物群落结构的演变和分析

为了揭示复合式膜生物反应器中微生物群落结构多样性的演变过程,为改进工艺提供依据,分别3次从反应器混合液中和生物膜上采集样品并提取样品的微生物总DNA,然后使用V6-V8区引物对(GC968F/1492R)进行PCR扩增,最后用PCR扩增产物进行变性梯度凝胶电泳(DGGE).DGGE分析表明,在反应器运行初期微生物群落结构变化较大;在整个反应器运行过程中,微生物群落多样性较高;在该系统中,由于有生物填料的存在,可能存在厌氧微环境,所以在该反应器中可能存在短程脱氮和同步脱氮.在反应器运行约2个月时,出现的一些菌群是膜污染物产生和累积的主要因素.     

污泥接种比例对微生物燃料电池的影响

为了研究污泥接种比例对微生物燃料电池(MFC)的影响作用,对比了污泥接种比例分别为5%、10%、20%、40%的4组MFC在驯化时间、产电性能、阳极微生物含量及菌群结构等方面的差异.结果表明,接种污泥比例过低,会削弱阳极对微生物的选择作用;较高的污泥接种比例有利于缩短MFC的驯化时间,并可提高MFC电动势;但是过高的污泥接种比例可能造成PEM堵塞,导致内阻增加、最大功率密度降低;最佳的污泥接种比例为10%.     

双室型无质子膜MFC协同去除COD和含氮污染物的能力

分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,以间距180μm的不锈钢网为电极,构建了双室型无质子交换膜微生物燃料电池（MFCs）污水处理系统,厌氧消化菌在阳极附着成膜,组成生物阳极氧化去除有机污染物;反硝化菌在阴极附着成膜,组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,实现污水深度处理。在电池系统稳定运行期间,最高开路电压为126．6mV,COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率分别为88．9％、97．7％和98．2％,而出水中NO2--N的含量始终低于1．25mg／L。阳极室和阴极室不连通时,两室COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率之和分别为67．0％、76．9％和84．0％,明显低于MFCs系统对污染物的去除能力,这表明该MFCs系统通过耦合阳极氧化和阴极还原作用,具有良好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

Sandwich Magnetoeleetric Composites of Polyvinylidene Fluoride, Tb-Dy-Fe Alloy, and Lead Zireonate Titanate

The novel sandwich composites were prepared by sandwiching a polyvinylidene fluoride/Tb- Dy-Fe alloy composite （PVDF/Terfenol-D） between polyvinylidene fluoride/lead zirconate titanate composites （PVDF/PZT）. The maximum magnetoelectric effect voltage coefficient, （dE/dn）33max, of the sandwich composites is higher than that of three-phase composites at their own optimal loading level of Terfenol-D. This is attributed to less interface relaxations of strain and better polarization of the sandwich composites. When the volume fraction of Terfenol-D is higher than 0.10, no coupling interaction for three-phase composites could be observed, but （dE/dn）33max of sandwiched composites still reached 20 mV/（cm.Oe）. At high magnetic field intensity, the magnetoelectric effect voltage coefficient, （dE/dn）33, of sandwich composites is higher than that of three-phase composites; at low magnetic field intensity, （dE/dn）33 of sandwich composites is lower than that of three-phase composites. At their resonance frequency, the （dE/dn）33max of the sandwich composites and the three phase composites are 150 mV/（cm.Oe） and 42 mV/（cmoOe）, respectively. This significant increase of （dE/ dn）33max at resonance frequency confirms the improvement of maximum magnetoelectric effect coefficient via sandwich-structured composites.     

连续搅拌微生物电化学系统处理高浓度模拟废水的效能

微生物电化学系统在面向实际废水处理时,表现出产电性能下降、出水水质差等缺点.为了提高其处理中高浓度、含发酵类底物废水的性能,将连续搅拌釜式反应器与之耦合,构建一体式连续搅拌微生物电化学系统(CSMER).确定系统的最佳运行条件:以连续流方式运行,在水力停留时间为12 h,进水COD浓度为6 000 mg·L~(-1)时,系统内4个电池的最大功率密度分别达(583±9),(562±7),(533±10)和(572±6)mW·m~(-2),COD去除率为(87.1±1.1)%,甲烷产率为(1.48±0.15)L·L~(-1)·d~(-1).与对照的连续搅拌釜式反应器相比,其COD去除率及甲烷产率分别提高了61.6%及244.2%.焦磷酸测序结果表明,CSMER底端的全混流搅拌区(CMZ)以Clostridium(10.0%)、Acidaminococcus(11.7%)及Lactococcus(10.8%)等水解发酵菌群为优势细菌菌属;顶端的微生物电化学区(MEZ)以产电菌Geobacter(14.5%)占优势.CSMER中相对复杂的细菌群落结构使其同时含有丰度较高的嗜乙酸产甲烷菌科(52.2%)和嗜氢产甲烷菌科(47.1%),而底端CMZ的厌氧消化过程与顶端MEZ的产电过程之间的协同作用是实现该系统性能优于对照反应器的主要原因.     

Synthesis and electrochemical properties of polyradical cathode material for lithium second batteries

A stable polyradical, poly (2 ,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy methacrylate)(PTMA) , was synthesized, and its structure was determined by infrared, ultraviolet-visible, and ESR spectroscopy. Cyclic voltammograms of the PTMA polyradical electrodes were obtained by using a three-electrode cell at a scan rate of 5 mV/s within a potential range of 3. 2-4. 0 V. The results show that the shape of oxidation peak is very similar to that of reduction peak, and oxidation peak current is equal to the corresponding reduction peak current, which suggest that PTMA possesses an excellent reversibility. The difference of the anodic peak potential (Ea,p = 3. 66 V, vs Li/Li+) and ca-thodic peak potential(Ec,p = 3. 58 V, vs Li/Li+ ) is estimated at 80 mV, which is extremely less than that of the other organic positive materials in lithium second batteries such as organosulfide compounds, leading to a capability for high current capability in the charging and discharging process of the battery. The maximum discharge specif     

16s rDNA based microbial diversity analysis of eleven acid mine drainages obtained from three Chinese copper mines

Eleven acid mine drainage (AMD) samples were obtained from southeast of China for the analysis of the microbial communities diversity, and the relationship with geochemical variables and spatial distance by using a culture-independent 16S rDNA gene phylogenetic analysis approach and multivariate analysis respectively. The principle component analysis (PCA) of geochemical variables shows that eleven AMDs can be clustered into two groups, relative high and low metal rich (RHMR and RLMR) AMDs. Total 1 691 clone sequences are obtained and the detrended correspondence analysis (DCA) of operational taxonomic units (OTUs) shows that, γ-Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Cyanobacteria, Firmicutes and Nitrospirae are dominant species in RHMR AMDs. In contrast, α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, Planctomycetes and Bacteriodetes are dominant species in RLMR AMD. Results also show that high-abundance putative iron-oxidizing and only putative sulfur-oxidizing microorganisms are found in RHMR AMD. Multivariate analysis shows that both geochemical variables (r=0.429 3, P=0.037 7) and spatial distance (r=0.321 3, P=0.018 1) are significantly positively correlated with microbial community and pH, Mg, Fe, S, Cu and Ca are key geochemistry factors in shaping microbial community. Variance partitioning analysis shows that geochemical variables and spatial distance can explain most (92%) of the variation.     

锰氧化菌激活及生物氧化锰去除乙炔基雌二醇试验研究

利用污水厂好氧污泥进行锰氧化细菌的激活试验,探究pH值以及初始Mn²⁺浓度对激活效果的影响,采用高通量测序技术分析激活前后微生物群落变化,利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）技术对产生的生物氧化锰进行表征,研究pH值和投加量对生物氧化锰去除乙炔基雌二醇（17α-ethinylestradiol,EE2）的影响。结果表明：pH值为7、初始Mn²⁺浓度为1 mmol/L时,Mn²⁺氧化率7 d内能达到83.3%,锰氧化菌激活效果最好。XRD结果表明：生物氧化锰主要含有MnO₂、Mn₃O₄、Na₃Mn（PO₃）CO₃等3种成分。高通量测序结果表明：经过激活后,芽孢杆菌属（0.75%）、不动杆菌属（1.26%）、假单胞菌属（1.36%）、鞘氨醇杆菌属（1.81%）、黄杆菌属（2.39%）、微杆菌属（2.97%）、气单胞菌属（7.35%）的丰度显著增加,典型的锰氧化细菌菌属总丰度达到17.89%。EE2在反应pH值为4.0、生物氧化锰投加量为20 mg/L的条件下去除效果最好,48 h后EE2的去除率可达97.7%,其中,生物氧化锰对EE2的去除率可达76.9%。     

环境WiFi能量采集系统的匹配网络与整流电路设计

设计了一款针对WiFi信号的环境能量采集系统,工作频率范围从2.4 GHz到2.485 GHz.该系统采用了4倍压整流电路,并设计了从天线到整流电路的宽带匹配电路,提升了能量采集的效率.设计的宽带匹配电路在WiFi工作频率范围内,S_(11)均小于-10 dB.整流电路可将采集信号增加4倍,能有效提高RF-DC转换效率.测试结果表明,所设计的电路达到了设计要求,在-10 dBm的输入功率下,达到了40%的RF-DC转换效率,并使超级电容在30 min内采集到了257 mV的电压.     

Quantum efficiency and temperature coefficients of GaInP/GaAs dual-junction solar cell

GaInP/GaAs dual-junction solar cell with a conversion efficiency of 25.2% has been fabricated using metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD) technique.Quantum efficiencies of the solar cell were measured within a temperature range from 25 to 160 ℃.The results indicate that the quantum ef-ficiencies of the subcells increase slightly with the increasing temperature.And red-shift phenomena of absorption limit for all subcells are observed by increasing the cell's work temperature,which are consistent with...     

微生物燃料电池非贵金属氧化物阴极催化剂研究进展

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种利用微生物将底物中的化学能直接转化为电能的理想产电装置,具有产电与废弃物处置双重功效.为探究非贵金属氧化物作为微生物燃料电池阴极催化剂可能的研究方向和发展趋势,主要总结了近几年来两种主要非贵金属氧化物(二氧化锰、二氧化钛)作为微生物燃料电池阴极催化剂的最新研究进展,并分析了其可能的催化反应机制.随后,对其发展方向提出了自己的见解:1)阴极材料改性:包括金属氧化物替换、掺杂、形貌特征改变等;2)阴极材料结构形貌改性:水热合成、液相沉积、溶胶凝胶等方法.