微生物燃料电池降解啤酒废水及同步产电特性

通过构建无媒介双室型微生物燃料电池(MFC),考察其降解啤酒废水的效果及同步产电特性。研究了外接电阻、温度和阴极曝气等条件对MFC产电的影响,监测了电池外电压和电极电势的变化过程,分析了微生物燃料电池的运行机理。通过稳态放电法得到以碳纤维布作为阳极材料的双室型微生物燃料电池的内阻为1 000Ω,最大产电功率密度为375 mW/m2。以啤酒废水为底物的MFC对COD的去除率为84%左右,外电压为0.21 V,库仑效率约为15%;而在以葡萄糖为底物的条件下,MFC的外电压为0.3 V,对COD的去除率为89%,产电性能及除污效率均有所提高。     

阴极室碳氮比对微生物燃料电池的影响

以实际生活污水和硝酸盐溶液分别作为阳极和阴极处理对象构建微生物燃料电池(MFC),阴极室硝酸盐的反硝化会造成亚硝酸盐的积累,通过投加有机物抑制亚硝酸盐积累的同时,考察阴极碳氮比(C/N)值对MFC产电性能、阴极反硝化效果、阳极去除COD效果的影响。结果表明,阴极室投加有机物后,平均输出电压和最大功率密度分别由0.28 V和35.4 mW/m~3降为0.22V和28.3 mW/m~3,并且当阴极C/N=3时下降显著。从产电性能、碳源消耗量和反硝化进度等指标综合考虑,阴极C/N=2时MFC性能最佳。     

小球藻生物阴极MFC处理养猪废水及产电性能

针对规模化养猪场废水特点和目前处理技术存在的问题,构建了小球藻生物阴极微生物燃料电池(MFC),探索利用MFC同步处理养猪场废水及回收电能的可行性。当阳极底物COD由510 mg/L增加至4 250 mg/L时,电池的最大输出电压由279. 16 m V提高到501. 16 m V,最大功率密度从271. 15 m W/m3提高到907. 52 m W/m3,对应的内阻由795. 93Ω降至256. 7Ω;随着阳极底物COD浓度的增加,MFC阳极中COD去除率逐渐提高,并在COD为4 250 mg/L时达到最大,为98. 29%。然而,电池库仑效率却由5. 97%降至2. 86%,且NH4+-N和TP的去除率也呈下降趋势。结合产电性能、污染物降解能力以及库仑效率等方面进行分析评价,在阳极底物COD为950 mg/L、NH4+-N约为55 mg/L、TP约为10 mg/L时,MFC的产电和有机物降解综合性能表现最佳。可见,小球藻生物阴极MFC可降解养猪场废水中的COD并利用污染物质产电。     

表面改性碳纳米管粉体在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池(MFC)是一种集产电和污水净化为一体的新型水处理技术,但产电性能低限制了MFC的推广应用.为了提高MFC的产电性能,在阳极室投加表面改性的碳纳米管(CNTs)粉体,以加速阳极产电生物膜的形成,同时提高整个生物膜的产电能力.投加经过氨气处理的CNTs粉体后,MFC运行仅4 h其输出电压即升至400 mV;投加经过混酸处理后的CNTs粉体,得到了MFC的最大产电功率密度为(236±5)mW/m<'2>,相对于对照组则提高了约40%.氨基的引入是启动时间缩短的主要原因,而阳极内阻的降低是产电功率密度得以提高的主要原因.     

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及催化性能

采用原位聚合法合成了La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行结构和微观形貌表征。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对复合材料进行电化学性能的分析。结果表明,聚苯胺(PANI)含量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中含PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于单室微生物燃料电池阴极,结果显示,PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI对应MFC的最大功率密度258.91mW/m2,相应开路电压达642.7mV。这表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,为需求有效MFC阴极催化剂材料提供了新途径。     

新型滴滤式生物阴极微生物燃料电池的性能研究

设计了新型滴滤式生物阴极微生物燃料电池(MFC),考察了其产电及污水净化特性。滴滤式MFC阴极的充氧效果良好,稳定产电的电流密度高达39 A/m3,最佳阴极循环流量为120 mL/min,此时最大功率密度为91.2 W/m3。滴滤式MFC可以实现阳极除碳、阴极硝化,对COD和NH4+-N的去除率分别为72.8%和98.7%,且阴极的硝化过程在一定程度上缓解了阴极pH值的升高。滴滤式MFC能够在无机械曝气的条件下维持产电和净化污水效能,其低能耗的特点为MFC的实际应用提供了一种新的解决方案。     

硅烷偶联剂修饰MFC阳极及其电池性能的研究

以碳毡为基础电极材料,使用新型有机材料硅烷偶联剂(KH550、KH580和KH792)修饰MFC的阳极,分析其对MFC产电性能和电极生物膜菌群结构的影响,旨在探讨电极修饰材料、电池性能和电极生物膜三者之间的关系。试验结果表明,带氨基的KH550和KH792能够有效提升MFC的产电性能,其功率密度可分别提高50%和28.5%。而带巯基的KH580不能提升MFC的产电性能,还减缓了启动速度。电极生物膜的群落分析结果表明,阳极生物膜(无论修饰前还是修饰后)的主要微生物群落为变形菌(Proteobacteria)和厚壁菌(Firmicutes)。经过修饰后,电极上的菌群结构发生了变化,其生物多样性高于修饰前,且这种变化主要来自电极材料对微生物吸附效果的差异。此外,硅烷偶联剂的分子结构和电极上微生物菌群结构表明,材料的官能团对于电极生物膜菌群结构的影响大于烷基链。     

微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响

以阳极开路电势和阳极内阻为评价指标，比较了碳纸、石墨和碳毡3种阳极材料的产电性能，考察了孔体积、表面积、孔径分布、表面粗糙度和表面电位5种阳极特性对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明，增加多孔电极的孔体积、表面积以及内孔径都可以提高阳极上的微生物量，并降低了阳极内阻；增加非多孔电极的表面粗糙度也可增大阳极上的微生物量，同时还能降低阳极的内阻。表面电位对阳极微生物富集和产电也有影响，对于初始电位分别为450、300和40mV的阳极，产电稳定后其上的蛋白质含量分别为38、82和98μg／cm^2，说明表面电位越低则生物量越高，内阻越小。     

利用啤酒废水发电的上流式生物燃料电池研究

以颗粒活性炭为阳极、气体扩散电极为阴极,以啤酒废水为基质构建了上流式直接空气阴极生物燃料电池(UACMFC),在连续运行条件下考察了其产电性能及进水COD浓度、外接电阻对电池性能的影响。结果表明,啤酒废水的COD浓度越大,UACMFC的输出电压和输出功率就越高,当COD为1 953 mg/L时,UACMFC的最大功率密度为13.54 W/m3;随着外接电阻的增大,对COD的去除量和库仑效率不断减小。试验结果表明,以啤酒废水作为生物燃料电池的燃料进行同步发电和降解有机物具有可行性。     

碱处理污泥为底物的微生物燃料电池产电特性

利用剩余污泥作为接种体,在不添加任何营养元素的情况下,成功启动了两室型微生物燃料电池(MFC)。对剩余污泥进行碱解预处理,考察将其作为MFC底物的可行性,同时分析了剩余污泥经不同时间的碱处理,MFC产电性能的变化及其对污泥的降解效果。结果表明:利用碱预处理污泥作为底物时,MFC的稳定输出电压、最大产电功率密度和对TCOD的去除率均提高,同时周期运行时间延长。并且,随着碱处理时间的延长,MFC的稳定输出电压、产电功率密度和对TCOD的去除率均增大。当碱处理时间为24 h时,稳定输出电压达到630 mV(外阻R=500Ω),最大产电功率密度为11.73 W/m3,对TCOD的去除率为25.3%。这与碱处理使得固体有机物被水解有关。     

两瓶型微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的研究

采用两瓶型微生物燃料电池(MFC)处理垃圾渗滤液,考察了其产电情况和对污染物的降解效果.结果表明:渗滤液中的有机物在阳极室得到了较好的去除,当进水COD为1 105mg/L时,对COD的去除率约为78.3%.随着渗滤液比例的增大,电流密度和功率密度逐步下降,这是由于阳极室溶液的电导率下降造成的.随着渗滤液浓度的增加,输出电压、电流密度和功率密度增大,同时MFC的产电周期明显延长,从COD为502 mg/L时的4d增加到COD为1105mg/L时的近7d.当以渗滤液为底物时,相比以乙酸钠为底物的情况,MFC的最大功率密度有所降低,从2.0 W/m3下降为0.78 W/m3,内阻也有所增大,从300Ω增加到约500Ω.     

镍纳米颗粒与含氮碳片复合材料在锂氧气电池中的应用

以NiCl2·6H2O为金属源,尿素和柠檬酸分别为N源和C源,采用一种简单的溶胶凝胶法制备出Ni纳米颗粒高度分散在含氮碳片上的复合材料(Ni-C-N)。将该复合材料用作锂氧气电池的正极催化剂,与常用的空气正极材料科琴黑(KB)相比,其表现出更高的电化学催化活性。当使用Ni-C-N作为正极催化剂时,电池的首周放电容量及放电平台均有明显的提高,尤其在电池的循环性方面表现出更加显著的效果,循环可达38周。     

离子膜在填料型微生物燃料电池中的应用

利用不同廉价离子交换膜作为填料型微生物燃料电池(MFC)的分隔材料,考察其运行情况,表征其内阻、极化曲线、功率密度、膜面电阻以及对有机物和氧气的扩散系数。结果表明:相比以阳离子交换膜作为分隔材料的MFC(CMFC),以阴离子交换膜作为分隔材料的MFC(AMFC)内阻更低,功率密度更高,最大功率密度可达2.4 W/m2。在长期运行过程中AMFC的内阻及膜面电阻变化均较小。长期运行后,阳离子交换膜靠着阴极侧沉积较多的盐类,而阴离子交换膜则未观测到。阴离子交换膜对NaAc的阻隔效果较阳离子交换膜差,而对葡萄糖的阻隔效果与阳离子交换膜相差不大,阻隔氧和有机物最好的为CM3型阳离子膜。     

铝污泥人工湿地/微生物燃料电池工艺性能初步研究

水体污染和能源危机是当今人们亟待解决的两大难题,通过结合人工湿地及微生物燃料电池技术,开发出的人工湿地/微生物燃料电池耦合技术在同时解决这两大难题上具有巨大潜力。基于以铝污泥为填料的人工湿地/微生物燃料电池工艺,初步研究了其在不同运行机制下的污水处理效果和微生物燃料电池的产电性能。结果表明:上下同时进水方式与单纯上流式运行方式相比,电池的最大功率密度提升约60%(从0.168 W/m~3提高到0.268 W/m~3),对氨氮的去除率也有一定提高(从55%左右提高到75%左右),但对COD的去除率较上流式进水低(从84%左右降到64%左右);电极间距以及阴极的氧气供给对两种运行方式下电池性能的影响相当;通过多级运行的方式不仅可以提高出水水质,适当改变运行条件,电池的产电性能也可得到一定的提升。     

三种不同组合电极催化还原高浓度硝酸盐氮的研究

以重金属Cu或Cu/Pd为催化剂对阴极进行改性,采用三种不同组合电极形式(以电镀方式改性的无孔钛板为阴极,阳极为炭板;经吸附负载改性的活性炭纤维绑缚在钛网上形成阴极.阳极为相同面积的钛网;以负载改性的多孔钛板为阴极,以相同面积的多孔钛板为阳极),考察了其对硝酸盐氯的去除效果以及反应副产物氨氮的生成情况.试验结果表明,将催化剂吸附负载于电极上对硝酸盐氮的去除效果比电镀负载方式好;负载催化剂的ACF电极系统会有黑色絮体脱落,影响处理水体水质;负载钯/铜的多孔钛板具有较高的安全性,适于饮用水中硝酸盐氮的处理.     

集电方式对填料型微生物燃料电池性能的影响

针对填料型微生物燃料电池(PMFC)集电不足的情况,利用钛网作为集电体,比较不同集电方式(外侧、内侧、双侧)下PMFC的产电性能,其最大功率密度分别为9、13、20 W/m3。PMFC分层放电的平均功率密度比并联放电的高5%～16%。进水流向(并流向上、错流、并流向下)对PMFC下层、中层、上层产电的影响不同,下层的产电性能随进水方式的变化最明显,而进水方式对上层与中层产电性能的影响较小,PMFC不同集电层产电的差异主要受进水基质浓度和压力的影响。     

改性石墨毡阳极用于微生物电解产甲烷研究

为缩短微生物电解池(MEC)的启动时间并提高厌氧消化速率,选择针铁矿和活性炭作为修饰材料对石墨毡阳极进行改性(即GF+Fe、GF+AC),在不同电压(0.6、0.8和1.0 V)及不同碳源(葡萄糖和VFAs)条件下对比底物降解速率和甲烷产率。结果表明:GF+Fe的峰值电流最高,可达到3~5 m A,改性阳极反应器各项参数(底物降解速率、甲烷产率)优于未改性阳极反应器;反应第一批次3 d内COD去除率达到70%以上;当电压为0.6~0.8 V时,GF+AC的甲烷产量高于GF+Fe,而在较高电压(1.0 V)下,GF+Fe反应器的甲烷产量是GF+AC反应器的1.3倍,这可能是因为铁还原菌等耗氢微生物活性受抑制而产甲烷菌活性增强,说明产电菌和产甲烷菌之间的协同竞争关系受外部条件变化的影响。总而言之,活性炭和针铁矿改性石墨毡可缩短MEC的启动时间;在1.0 V电压下,GF+Fe的甲烷产量最多,且对丙酸和丁酸的降解效果相对更好。     

类芬顿体系研发及其处理苯酚能力研究

为解决传统均相芬顿体系反应后产生大量含铁污泥、药剂使用量过大等问题,以Fe、Cu和C烧结制备非均相类芬顿体系催化剂,研究催化剂中各物质的最佳配比,考察催化剂的烧结温度和时间对催化剂比表面积和催化效能等方面的影响。通过试验得到各物质的最佳配比为Fe∶C=4∶1、Cu含量为7%、Na2Si O3含量为5%,此时对COD和苯酚的去除率分别为92.61%和98.60%。BET和化学试验结果表明,最优烧结温度和烧结时间分别为850℃和3 h,此条件下利用Fe、Cu和C制备的类芬顿催化剂具有良好的比表面积、平均孔径及催化效果。     

Fe掺杂对Ni基催化剂催化甲烷干重整的影响

为了阐明甲烷在Ni基催化剂上脱氢机理和探究Fe掺杂对Ni基催化剂催化甲烷解离的作用,研究了甲烷及其解离产物在Ni₃Fe催化剂上吸附情况,得到甲烷解离过程中在金属表面的各吸附质最稳定吸附构型和各组吸附质最稳定共吸附构型,从而得出各步反应的反应能垒、反应能和不同温度下速率常数,初步揭示了Ni₃Fe双金属催化剂上甲烷脱氢反应机理,证明Fe掺杂可以提高Ni基催化剂催化甲烷解离的催化活性。     

Zr改性CeO_2/TiO_2催化剂选择性催化还原烟气脱硝性能

采用Zr对CeO_2/TiO_2催化剂进行改性,考察Zr掺杂对CeO_2/TiO_2催化剂NH_3选择性催化还原NO性能的影响,利用静态N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)对其脱硝机制进行分析。结果表明,Zr掺杂能够拓宽CeO_2/TiO_2催化剂的温度窗口,提高其脱硝活性和抗H_2O/SO_2性能。Zr掺杂能够增大CeO_2/TiO_2催化剂的比表面积和总孔容,抑制载体锐钛矿TiO_2发生晶相转变,显著提高催化剂的表面酸性,增加催化剂表面Ce~(3+)和化学吸附氧的原子浓度,使得催化剂表面NH_3吸附能力加强,氧化还原能力提高,有助于促进SCR反应的进行。