碳纤维阳极构造对微生物燃料电池性能的影响

微生物燃料电池(MFCs)阳极性能受生物膜的影响,而生物膜则直接与阳极表面积有关。以不同长度和数量的碳纤维丝作为阳极,研究了阳极构造和表面积对MFC输出功率的影响。当阳极为单根长度为1 cm碳纤维丝时,MFC产生的最大功率密度最高,为10.50 W·m-2,随着碳纤维丝长度逐渐增加(2~14 cm),MFC产生的最大功率显著下降。以多根的长度为2 cm碳纤维丝构成阳极时,MFC的功率与根数(1~4根)呈正比,当采用4根2 cm纤维丝时,MFC的最大功率密度为2.92 W·m-2,该数值为单根8 cm碳纤维丝的2.78倍。观察碳纤维丝长度方向上的生物膜的分布表明:受碳纤维欧姆电阻的影响,在碳纤维丝电流引出端附近的生物量明显大于碳纤维其他地方,这说明:增加纤维丝长度虽可提高阳极的表面积,但并不能提高阳极的产电性能。     

GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,通过改善阳极特性可以有效提高微生物燃料电池的产电性能。通过恒电流法电沉积制备了氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩（GO/PEDOT）复合材料修饰碳毡（CF）阳极。通过循环伏安法和交流阻抗法考察了电极特性。将其应用到微生物燃料电池中,对其产电性能进行评价。结果表明,GO/PEDOT-CF电极具有较大的比表面积和优良的电化学性能;以GO/PEDOT-CF为阳极的微生物燃料电池,产电性能良好,其最大功率密度和最大电流密度达到1.138 W·m^-2和4.714 A·m^-2,分别是未修饰阳极的4.80倍和5.51倍。因此,GO/PEDOT复合材料是一种优良的阳极修饰材料,可有效提高MFC的产电性能。     

电极对微生物燃料电池同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响

实验以有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以含铜废水为阴极液,构建双室MFC,探讨电极对MFC同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响.结果表明:MFC对阳极有机废水COD的去除率最高为79.1%,对阴极液中Cu²⁺的去除率最高为95.6%.活性炭/石墨棒电极MFC产电性能最优,开路电压最高为800mV,是石墨棒电极MFC的1.25倍,是活性炭/碳纸电极MFC的1.3倍,是碳纸电极MFC的1.5倍.当电极距离为2cm时,MFC开路电压580mV,内阻为181Ω,产电性能最优.电极表面积为75cm²时,MFC的开路电压470mV,是电极表面积为50cm²的MFC的1.1倍,是电极表面积为30cm²的MFC的2.1倍.当A_An/A_cat=0.4时MFC产能最佳,MFC的开路电压最高为600mV,最大功率密度48.2mW/m².     

石墨烯/聚苯胺复合阳极的制备及在MFC中的应用

采用化学氧化还原法制备高纯度石墨烯（GR）,利用电化学修饰法得到石墨烯/聚苯胺（GR/PANI）膜阳极,采用红外光谱（FI-IR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）对所制备复合电极进行了表征,采用循环伏安法（CV）、交流阻抗法（EIS）考察了复合电极的电化学性能。将GR/PANI膜阳极应用于固定床微生物燃料电池（MFC）,考察了电池的产电性能。均匀地附着在石墨烯表面,GR/PANI膜电极具有良好可逆性,其电阻小、导电性良好。GR/PANI膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为230.2 mW·m^-2和834.6 mV,比未修饰阳极的最大功率密度和开路电压分别提高了110.6%和34.8%,GR/PANI膜阳极的表观内阻也由未修饰阳极的843.2Ω降低为469.4 Ω,且电池启动时间大大缩短,产电稳定性增强。结果表明,GR/PANI复合物是一种优良的电极材料,GR/PANI膜阳极MFC具有良好的产电性能。     

挤出塑料管喷淋冷却的数值模拟

冷却系统是塑料挤出管道生产工艺中的关键设备,其冷却的均匀性和效率直接影响管道产品的质量及生产速度。首先基于ANSYS对喷淋冷却瞬态传热进行模拟,结果表明：对流传热系数小于180 W·m^-2·K^-1时,冷却至目标温度（47℃）所需的时间随传热系数的变化明显;传热系数大于180 W·m^-2·K^-1时,冷却至目标温度所需的时间随传热系数的变化不大。然后基于FLUENT软件对喷淋喷嘴进行模拟,研究了喷淋入口速度、喷嘴高度对喷淋传热系数的影响,结果表明：随着喷淋入口速度的增加（6～15 m·s^-1的范围内）,总体对流传热系数增大,驻点处的传热系数由217 W·m^-2·K^-1增加到386 W·m^-2·K^-1;随喷淋高度的减小（68～128 mm范围内）,壁面传热系数呈增加趋势,驻点处传热系数由227 W·m^-2·K^-1增加到311 W·m^-2·K^-1。基于以上研究,为真空定径喷淋冷却水槽的整体优化提出合理建议。     

利用微生物燃料电池同步降解沼液和三苯基氯化锡

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100 μmol·L^-1 TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2 mV,最大功率密度为145.62 mW·m^-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273 μmol·L^-1·h^-1。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。     

循环伏安扫描对微生物燃料电池启动和产电性能的影响

微生物燃料电池（MFCs）的启动及产电性能直接影响其应用于对实际废水的处理。以屠宰厂废水为基质研究了循环伏安扫描对单室空气阴极微生物燃料电池启动和产电性能的影响。结果表明：经过24 h CV扫描的MFCs其启动时间比常规电阻（1000 Ω）直接启动的MFCs缩短了71.4%（从420 h缩短至120 h）,MFCs最大功率密度提高了21.5%,达到37.8 W·m^-3。通过电极生物量测定和生物膜表面形貌观察发现,经CV扫描的阳极生物量显著提高且生物膜的产电菌占优势是MFCs性能提高的主要原因。说明CV扫描不断促进产电菌在阳极表面的吸附,而且增加产电微生物的生长速度。这一技术为发展MFCs的快速启动和提升MFCs的产电性能提供了新思路。     

石墨烯/聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池性能的影响

纳米材料修饰阳极可显著提高微生物燃料电池（MFC）性能,本研究主要探索了石墨烯、聚苯胺和石墨烯/聚苯胺复合修饰电极对MFC产电性能的影响。使用电化学方法电镀石墨烯于碳布表面,进一步通过原位聚合法制备聚苯胺来修饰碳布电极。将修饰电极装载入双室型MFC中,测量其产电性能,并对电极进行表征,测量电化学性能。通过扫描电镜观察到, 碳布能够被修饰上石墨烯和聚苯胺,并且聚苯胺附着于碳纤维或石墨烯薄层表面,形成棒状的纳米结构。产电性能方面,装载石墨烯/聚苯胺修饰电极的MFC最大输出电压最高,达到了（291±22）mV,比装载空白碳布电极的对照组MFC提高了175%以上。石墨烯/聚苯胺电极组MFC的最大输出功率密度同样最高,达到了（653 ± 25）mW·m^-2,为空白碳布对照组的10.5倍。实验结果表明：石墨烯/聚苯胺复合修饰电极可有效利用石墨烯导电性好和聚苯胺生物相容性高的优点,显著提高MFC的产电性能。     

微生物燃料电池处理偶氮含盐废水的产电性能和降解过程

偶氮含盐废水生化处理流程复杂、电耗高,且降解机理尚不明确。本研究基于酸性重铬酸钾法水热处理获取改性阳极,进而构建微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）对偶氮含盐废水进行处理。考察了不同二价阴离子对MFC产电性能和降解有机物效果的影响,并探究了MFC对直接红13的降解机理。结果表明,偶氮含盐废水中含有硫酸钠时的产电性能高于含有碳酸钠的情况,MFC最大功率密度为265.38mW/m²、最大电流密度为1.10A/m²;MFC处理偶氮含盐废水时,对直接红13的去除率低于无额外添加盐时的效果（71.13%）,对葡萄糖共基质的降解影响程度为：添加硫酸钠>添加碳酸钠>无额外添加盐。微生物群落和降解产物分析表明,MFC阳极生物膜通过变形菌门、拟杆菌门等微生物的协同作用实现了对直接红13的生物电化学降解,产电下降解产物以还原产物芳香胺为主。     

MFC-MEC耦合系统产电性能及处理含镉重金属废水的研究

以厌氧活性污泥为阳极菌种,乙酸钠为阳极底物,硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池（MFC）阴极液,人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池（MEC）阴极液,构建MFC-MEC耦合系统,利用MFC的产电驱动MEC运行,在不消耗外部能源的情况下,实现含镉重金属废水中Cd²⁺的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明：MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能,但与此同时会造成MFC的内阻升高,随着MFC容积的增加,MEC中Cd²⁺去除率逐渐增加,但同时MFC阴极Cr⁶⁺去除率逐渐下降;MFC堆栈可以提高工作组两端电压,串联时最大输出电压为1509 mV,Cd²⁺去除率为69.3%;以钛板作为MEC电极时,微生物能有效附着在阳极表面,MFC阳极COD去除率为85%,MEC中Cd²⁺去除率为51.5%;MEC阴极液pH在3~5时,有利于含镉重金属废水的处理,Cd²⁺去除率80%以上。经XRD分析,MEC阴极还原产物为CdCO₃。     

阳极双电层电容对微生物燃料电池性能的影响

采用3种活性炭粉制备具有不同电容的阳极,研究了双电层电容阳极对单室空气阴极微生物燃料电池启动、运行、性能、阳极生物膜附着的影响。结果表明:当电极表面积相近的情况下,阳极双电层电容从0.0012 F增加到22.72 F时,微生物燃料电池启动时间缩短了68.0%,电池的最大功率密度增加了16.8倍,达到546.1 m W·m-2。扫描电子显微镜的结果表明高电容的阳极表面附着的微生物量比低电容电极的高1倍。因此,微生物燃料电池性能受阳极双电层电容的影响,而与阳极表面积的相关性小。     

大容量锂离子电容器用锂化硬炭负极

采用硬炭与锂源自放电这种简单的预锂化方法可使锂嵌入硬炭,而后以预锂化硬炭和活性炭分别为负极和正极组装了锂离子电容器,研究了负极预锂化时间对锂离子电容器比容量的影响,结果表明随着预锂化时间的延长,比容量先增大后减小,15 h为最适宜预锂化时间.经过15 h预锂化的锂离子电容器具有最高的能量密度(97.2 Wh·kg^-1)和功率密度(5 412 W·kg^-1)、最小的阻抗和良好的循环性能(1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后,能量保持率为91.2%).三电极数据表明锂离子电容器优异的电化学性能源于正负极材料各自处于合适的工作电压区间.     

拉曼方法同时测量单根碳纤维热物性和对流传热系数

主要完善并利用新近提出的激光拉曼测试方法,在333.15 K环境温度下测量了单根碳纤维的热导率（不考虑接触热阻）,并与直流通电法测量结果进行比较,两者符合较好,验证了新提出的激光拉曼测量方法的可行性。同时激光拉曼方法还测量得到了接触热阻、碳纤维的激光吸收率及与空气的对流传热系数,并处理得到考虑接触热阻后修正的碳纤维真实热导率。     

Simultaneously energy production and dairy wastewater treatment using bioelectrochemical cells: In different environmental and hydrodynamic modes

A successful design, previously adapted for treatment of complex wastewaters in a microbial fuel cell (MFC), was used to fabricate two MFCs, with a few changes for cost reduction and ease of construction. Performance and electrochemical characteristics of MFCs were evaluated in different environmental conditions (in complete darkness and presence of light), and different flow patterns of batch and continuous in four hydraulic retention times from 8 to 30 h. Changes in chemical oxygen demand, and nitrate and phosphate concentrations were evaluated. In contrast to the microbial fuel cell operated in darkness (D-MFC) with a stable open circuit voltage of 700 mV, presence of light led to growth of other species, and consecutively low and unsteady open circuit voltage. Although the performance of theMFC subjected to light (L-MFC)was quite lowand unsteady in dynamic state (internal resistance = 100 Ω, power density = 5.15 W·m^-3), it reached power density of 9.2 W·m^-3 which was close to performance of D-MFC (internal resistance = 50 Ω, power density = 10.3 W·m^-3). Evaluated only for D-MFC, the coulombic efficiency observed in batch mode (30%) was quite higher than the maximum acquired in continuous mode (9.6%) even at the highest hydraulic retention time. In this study, changes in phosphate and different types of nitrogen existing in dairy wastewater were investigated for the first time. At hydraulic retention time of 8 h, the orthophosphate concentration in effluent was 84% higher compared to influent. Total nitrogen and total Kjeldahl nitrogen were reduced 70% and 99% respectively at hydraulic retention time of 30 h, while nitrate and nitrite concentrations increased. The microbial electrolysis cell (MEC), revamped from D-MFC, showed the maximum gas production of 0.2 m³ H₂·m^-3·d^-1 at 700 mV applied voltage.     

Comparison on Thermal Conductivity and Permeability of Granular and Consolidated Activated Carbon for Refrigeration

This paper focuses on the development of three types of activated carbon (AC) adsorbents, i.e. granular AC, consolidated AC with chemical binder, and consolidated AC with expanded natural graphite (ENG). Their thermal conductivity was investigated with the steady-state heat source method and the permeability was tested with nitrogen as the gas source. Results show that the thermal conductivity of granular AC with different sizes almost maintains a constant at 0.36 W·(m·K)^-1, while the value modestly increases to 0.40 W·(m·K)^-1 for the consolidated AC with chemical binder. The consolidated AC with ENG at the density of 600 kg·m^-3 shows the best heat transfer performance and their thermal conductivity vary from 2.08 W·(m·K)^-1 to 2.61 W·(m·K)^-1 according to its fraction of AC. However, the granular AC and consolidated AC with chemical binder show the better permeability performance than consolidated AC with ENG binder whose permeability changes from 6.98×10^-13 m² to 5.16×10^-11 m² and the maximum occurs when the content of AC reaches 71.4% (by mass). According to the different thermal properties, the refrigeration application of three types of adsorbents is analyzed.     

化学氧化改性微生物燃料电池阳极

浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇都具有一定的氧化性,分别利用浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇对阳极碳布进行氧化改性处理。通过红外光谱测试显示,碳布表面附着了羟基(-OH)和羧基(-COOH)。通过扫描电镜观察,碳布经过氧化改性后表面明显变粗糙。同时,循环伏安曲线(CV)和交流阻抗曲线(EIS)测试表明,经过改性后的碳布具有良好的电化学特性。分别以经过浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇改性处理后的碳布作为微生物燃料电池(MFC)的阳极,获得的最大功率密度分别为291.11 mW·m^-2和438.08 mW·m^-2,比未经过改性处理的碳布阳极的功率密度分别提升了21%和82%。     

温度对MEC阳极膜形成及胞外聚合物的影响

温度是影响微生物活性和优势菌种以及反应器性能的重要参数之一。实验采用单池微生物电解池（MECs），以厌氧活性污泥为接种物，葡萄糖为碳源，在不同温度条件下培养运行微生物电解池阳极生物膜。实验结果表明：在25℃、30℃、35℃和45℃的培养温度下最大电流密度分别达到2.04A/m²、7.75A/m²、12.27A/m²和2.5A/m²。阳极生物膜电化学活性和氢气产率变化趋势与MECs电流密度相类似，均表现出在一定温度范围内升高温度有利于阳极膜电化学活性与阳极膜氢气产率。进一步分析阳极膜生物量与胞外聚合物（EPS）成分结果表明：一定温度范围内升高温度有利于阳极膜生物量的提高，大量的阳极附着细菌可以产生更高的电流密度与EPS含量，阳极膜EPS中蛋白质成分明显高于多糖，并且蛋白质含量随产电密度增高而增大。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了生物膜EPS中存在蛋白质和碳水化合物。     

压力延迟渗透发电技术的影响因素探究

压力延迟渗透技术作为提取盐差能的一种有效方法,已在海洋新能源开发方面展现出巨大潜力,提高盐差能发电效率是目前压力延迟渗透技术尚需解决的重要问题之一。以压力延迟渗透过程膜的水通量和功率密度为评价指标,重点研究了料液流动方式、流速和浓度等因素对压力延迟渗透过程性能的影响。结果表明,采用逆流方式、增大浓度差、提高流速均有利于提高压力延迟渗透过程中的水通量和功率密度,其中,单侧增加原料液浓度,水通量和功率密度均呈逐渐降低趋势;单侧增加驱动液浓度,水通量和功率密度均呈逐渐上升趋势。选取河水-正渗透浓盐水模拟体系,采用逆流操作,在压力差为1 200 kPa条件下,提升原料液流速效果更优;驱动液流速为1.0 L·min^-1,原料液流速从0.5 L·min^-1提升到2.0 L·min^-1时,水通量提升了17.3%,功率密度也从8.01 W·m^-2增加到9.39 W·m^-2。