阴极材料对MEC-AD体系产甲烷性能的影响评估

为了研究阴极材料对微生物电解池(MEC)耦合厌氧消化(AD)体系产甲烷性能的影响,分别将不锈钢、钛、泡沫铜、泡沫镍作为阴极,分析不同阴极材料所处体系在不同电压条件下的产气性能、阴极材料的电化学特性以及阳极微生物群落结构。结果表明：在4种阴极材料中,泡沫铜和泡沫镍所处的体系产甲烷、析氢性能最强,电子传递效率及电化学活性较不锈钢和钛强,所处体系中阳极产甲烷功能菌含量明显高于不锈钢和钛,故直接电子传递效率较强。由于泡沫铜易被氧化,故泡沫镍作为阴极材料具有一定的优越性。     

修饰生物阴极对CO_2还原及合成产物影响

构建了新型修饰生物阴极微生物电解池(MEC),考察了修饰生物阴极对MEC最大电流密度、库伦效率以及有机物产量的影响。结果表明,在外加电势为-0. 7 V时,反应周期结束后,修饰组最大电流密度约为2. 78 A/m2,较对照组(约1. 97 A/m2)提高了41. 1%;修饰组最大库伦效率达到85. 99%,是未修饰(77. 18%)的1. 1倍。生物阴极修饰后极大地提高了CO_2的还原效率及有机物的合成产量,甲醇和乙酸的最大积累量达到4. 627,8. 027 mmol/L,是对照组(甲醇3. 574 mmol/L,乙酸5. 344 mmol/L)的1. 29倍和1. 50倍,氢气最大积累量为48. 5 m L。结果表明,生物阴极经修饰后可显著促进CO_2的还原并提高库伦效率和合成产物的产量。     

微生物电解池阴极催化剂研究进展

综述了近年来微生物电解池阴极催化剂的研究进展。重点介绍了贵金属Pt、不锈钢、镍合金、纳米粒子修饰阴极、二硫化钼、生物阴极的析氢催化活性,其中不锈钢和镍合金催化剂具有良好的性能,且价格低廉,有望成为替代Pt的微生物电解池阴极材料。     

微生物电解池产甲烷技术研究进展

微生物电解池（microbial electrolysis cell,MEC）产甲烷技术是以微生物为催化剂,利用外界输入的电能将CO₂或有机污染物转化为甲烷的新技术。MEC在实现CO₂处置与能量转化的同时,能够处理污水、污泥、沼渣等多种污染物并生产甲烷,具有能量转化率高、生产成本低、环境友好等特点,可望成为解决能源紧缺和环境破坏问题的重要途径之一。近年来,MEC在产甲烷生物阴极结构及电子传递途径、产甲烷微生物群落等方面得到了广泛关注,同时,MEC耦合厌氧消化或其他废水处理系统形成的产甲烷新技术也逐渐研发并成为研究热点。本文综述了产甲烷生物阴极、产甲烷微生物群落等方面的研究现状,介绍了MEC耦合厌氧消化或其他系统产甲烷新技术,总结并分析了MEC产甲烷技术的研究方向和实用化过程仍需解决的技术难题。     

微生物电解池辅助CO2甲烷化阴极材料的研究进展

微生物电解池（microbial electrolysis cell,MEC）产甲烷技术是一种有望成为缓解能源危机与温室效应的重要新型途径。它以外界输入的较小电能为能量来源,以微生物为催化剂,在阳极通过分解有机物形成电子和质子;在阴极产生氢气和甲烷。近年来,MEC在反应器构型、阴极材料设计及电子转移途径、微生物群落结构组成等方面的研究取得了重要进展,寻找高效低价的阴极材料催化剂,实现MEC从概念到应用成为相关领域的研究热点。本文综述了MEC耦合厌氧消化系统产甲烷的工作原理和常见阴极材料的发展现状;分别对碳基阴极、金属基阴极及复合阴极的甲烷产率进行了阐述;系统介绍了不同阴极系统的电子传递方式、电化学特性、生物相容性、微生物群落结构组成等属性;讨论了各类电极的优缺点,并指出了今后的重点研究方向,以期为MEC耦合厌氧消化产甲烷技术的工程应用提供基础。     

流场对MEC生物阴极CO2还原性能与产物的影响

针对微生物电解池 （microbial electrolysis cell,MEC）CO₂还原过程阴极CO₂还原速率低的问题,本文通过改变阴极室的流场环境,探究流场对生物阴极启动、运行、产物及功能微生物的影响,阐明MEC生物阴极CO₂还原性能、产物转化、微生物群落对流场的响应关系。结果表明,流场不仅增强了生物阴极还原CO₂能力（电子消耗量提高了10%,其中CO₂产乙酸途径消耗电子量提高了30%）,还使生物阴极的CO₂还原途径由启动阶段的CO₂还原产甲烷转变为运行阶段产乙酸。高通量分析表明,流场改变了生物阴极和阴极液的微生物群落结构,使阴极生物膜的嗜氢型产甲烷菌（Methanobacterium）向嗜乙酸型产甲烷菌（Methanosaeta）主导的群落演变。产乙酸菌群落（Petrimonas、Candidatus_Caldatribacterium）丰度较对照组提高了3.8%,在CO₂产乙酸过程中起到重要作用。本研究可为MEC还原CO₂产乙酸的定向调控研究提供理论和技术支撑。     

微生物电化学系统还原CO_2合成甲酸和乙酸

从活性污泥中筛选出具有电化学活性的微生物,与电化学系统结合还原CO_2合成甲酸和乙酸。通过扫描电镜(SEM)、PCR和16S r DNA检测菌种,并命名为Clostridium. sp. S。循环伏安扫描(CV)测试菌种具有电化学活性,在-500 m V出现CO_2还原峰。设定阴极电势-900 m V,反应对微生物代谢产生的氢气利用率达到81. 8%,甲酸最大累积浓度为4. 8 mmol/L,乙酸最大累积浓度为7. 76 mmol/L,总库伦效率最大为95. 41%。表明在微生物电化学系统中,生物阴极可以将CO_2还原为多种有机物,确定菌种通过电极直接传递和氢气传递两种方式获得电子,为进一步研究微生物电合成技术提供参考。     

MoS2/Y分子筛微生物电解池阴极材料制备及其电化学性能

采用水热法合成了一系列不同比例的MoS₂/Y分子筛复合物,并将其制成碳基复合电解池阴极。线性扫描伏安法（LSV）测试表明,当MoS₂和Y分子筛质量比为5∶2、碳纸负载量为1.5mg/cm²时,阴极催化析氢性能最佳。通过SEM、TEM、XRD、XPS和BET对复合材料进行表征,SEM测试表明MoS₂/Y分子筛为片状和八面体相互交织叠加的云状形貌。BET测试表明其具有排列规整的微孔-介孔多级孔道结构,利于加速H⁺还原和H₂扩散。本文还考察了以MoS₂/Y分子筛作为微生物电解池（MEC）阴极的析氢性能。在MEC运行5个周期的产氢实验中,MoS₂/Y分子筛所产生的平均最大电流密度、氢气产率和产氢量等都高于Pt电极,且具有长期稳定性。因此,MoS₂/Y分子筛是一种适于实际应用的析氢催化剂。     

空气阴极微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究

采用空气阴极微生物燃料电池,处理主要成分为葡萄糖、乙酸钠、蛋白胨和可溶性淀粉的模拟生活污水,探讨MFC处理模拟生活污水的特性。文章探讨了模拟污水不同浓度对产电的影响,结果表明不同的基质浓度对产电效率影响不是非常显著,MFC最大输出功率为23.67 mW·m-2,COD最大去除率为88%。以不完全复合碳源和单一碳源为基质,探讨了接种混合菌的MFC对基质的选择性。试验结果表明乙酸钠、葡萄糖对接种混合菌的MFC产电不利,MFC处理复杂有机碳源(蛋白胨、淀粉)的产电效率优于处理简单分子有机碳源(葡萄糖、乙酸钠)。试验讨论了硼砂缓冲液对产电的影响,50 mmol·L-1的硼砂缓冲液输出功率密度最大,最大功率为19.77 mW·m-2,COD最大处理率为72%。与投加PBS缓冲液相比,硼砂缓冲液调节阳极电解液效果不佳,硼砂缓冲液出水pH为7.73,且在产电密度方面有微小的下降,但在同等基质浓度的生活污水时电池的库仑效率提高约2倍。     

CO2通过合成聚合物膜的促进传递

Two kinds of fixed carrier membrane materials containing secondary amine and carboxyl groups whichcan be used as carriers of CO2 were prepared. One was poly(N-vinyl-γ-sodium aminobutyrate)(PVSA), whichwas obtained through the hydrolysis of polyvinylpyrrolidone (PVP) synthesized with N-vinylpyrrolidone(NVP) byradical polymerization. The other was poly(N-vinyl-γ-sodium aminobutyrate-co-sodium acrylate)(VSA-SA), whichwas obtained through the hydrolysis of copolymer of N-vinylpyrrolidone and acrylamide(AAm) (NVP-AAm). Thecomposite membranes were developed with PVSA or VSA-SA as active layer and polysulfone (PS) as supportmembranes. The permeation rates of pure CO2 and CH4 gas as well as binary mixtures of CO2/CH4 throughthe composite membranes were measured. The results show that the composite membranes present better CO2permeation rates than other fixed carrier membranes do reported in literature. For example, at 26℃, 1330 Pa of CO2pressure, the PVSA/PS composite membrane displays a CO2 permeation rate of 5.95 × 10-7 cm3.cm-2.s-1.pa-1with CO2/CH4 ideal separation factor of 212.1. At 20℃, 6400Pa of CO2 pressure, the VSA-SA/PS compositemembrane displays a CO2 permeation rate of 4.24 × 10-8 cm3@cm-2.s-1.Pa-1 with CO2/CH4 ideal separationfactor of 429.7. The results with the gas mixtures are not as good as those obtained with pure gas because ofthe coupling effects between CO2 and CH4. The heat cross-linked membrane shows good separation factor due todensification of the polymer.     

微生物燃料电池中阴极长期运行的性能分析

微生物燃料电池（MFC）阴极性能在长期运行过程中逐渐下降,查明其下降原因对MFC技术的实际应用具有重要意义。采用泡沫镍阴极研究了阴极长期运行过程中阴极下降的原因。研究发现：MFC运行4个月之后功率密度相比运行1周的MFC下降达22%,测试电极极化曲线发现阴极性能的下降是导致MFC功率密度下降的主要因素。线性伏安扫描（LSV）结果显示：运行初期在-0.2 V电势下阴极电流密度为12.3 A·m^-2,而运行4个月后,阴极电流密度下降为4.2 A·m^-2,阴极性能随运行时间增加而降低主要表现在大电流区域[>-0.05 V （vs Ag/AgCl）]。对阴极表面和内部进行扫描电子电镜（SEM）分析发现：阴极表面没有明显的生物膜,氧扩散实验发现阴极氧扩散量明显降低是造成阴极性能下降的主要原因;通过能谱分析（EDS）可知阴极内部有磷酸盐析出。这些结果说明阴极内部在长期运行过程中逐渐析盐,而析盐导致泡沫镍阴极内孔隙堵塞,阻碍氧扩散到催化层,从而使阴极性能降低。     

膜生物反应器中PVDF中空纤维膜亲水性变化特征

为研究膜生物反应器(MBR)中PVDF中空纤维膜的亲水性变化特征,提出以接触角变化速率的绝对值(λ)表征亲水性的方法 ,按轴向长度将膜纤维划分为4个位置,考察过滤和清洗对膜亲水性的影响。结果表明:在MBR运行过程中,膜污染的加剧与膜的亲水性变化有关,膜纤维通量越高的位置,膜的亲水性越差。采用物理反洗和短时间的化学浸泡清洗,膜的亲水性能得到一定恢复,但效果有限。延长化学浸泡清洗时间发现,浸泡3 h膜纤维的亲水性最好。     

MBR中空纤维膜制备概论

<正>21世纪是材料、生物、信息三大科学领军和横跨的创新时代。膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺正是将物理、生物、化学等学科已有的技术融为一体的新生产物。MBR出水效果好、占地面积小,是污水处理厂实现更大容量、更高排放标准、更有效去除氮氧化物及磷酸盐的最佳选择,它对现有技术的有     

PTFE中空纤维膜萃取对苯二胺工艺研究

以硫酸溶液为萃取剂,采用PTFE中空纤维膜萃取料液中的对苯二胺,考察了料液相对苯二胺的初始浓度、料液相初始pH、料液相与萃取相流量、萃取剂的初始浓度对对苯二胺萃取率(η)的影响。结果表明,随着料液初始浓度增大,η增大,当对苯二胺浓度0.8 g/L时,η减小,但膜通量基本不变,即存在一个最大膜通量,此时对苯二胺浓度变化对传质无影响;对苯二胺料液的pH增大,η增大;萃取相硫酸浓度增大,η增大。另外,温度升高有利于膜萃取。     

PTFE中空纤维膜萃取烟酸工艺研究

以氢氧化钠溶液为萃取剂,采用PTFE中空纤维膜萃取料液中的烟酸,考察了料液相烟酸的初始浓度、料液相初始pH值、料液相与萃取相流量比、萃取剂的初始浓度对烟酸萃取率(η)的影响。结果表明,随着料液初始浓度增大,η增大,当烟酸浓度0.9 g/L时,η减小,但膜通量基本不变,即存在一个最大膜通量,此时烟酸浓度变化对传质无影响;烟酸料液存在一个最佳pH值为4~5;萃取相氢氧化钠浓度增大,η增大;存在一个最佳相流量比(Q料/Q萃)为2.1;温度升高有利于膜萃取。     

PTFE中空纤维膜萃取苯甲酸工艺研究

以氢氧化钠溶液为萃取剂,采用PTFE中空纤维膜萃取料液中的苯甲酸,考察了料液相苯甲酸的初始浓度、料液相初始pH、料液相与萃取相流量比、萃取剂的初始浓度对苯甲酸萃取率(η)的影响。结果表明,随着料液初始浓度增大,η增大,当苯甲酸浓度1 g/L时,η减小,但膜通量基本不变,即存在一个最大膜通量,此时苯甲酸浓度变化对传质无影响;料液的pH值下降,η增大;萃取相氢氧化钠浓度增大,η增大;存在一个最佳相流量比(Q料/Q萃)为1.8。另外,温度升高有利于膜萃取。     

中空纤维膜组件分离酸性气体

研究了气体膜分离与溶剂吸收相结合的分离技术.以NaOH水溶液为吸收剂,在中空纤维膜组件中实现二氧化硫气体的选择性吸收.研究了在三种不同结构的疏水性聚丙烯中空纤维膜组件中,吸收剂浓度、液速、气速、气液两相在膜组件内的流程、膜结构等对分离过程的影响;根据膜结构的实际参数确定了多孔膜的曲率因子,总传质系数的计算值与实验值相符.     

PPESK中空纤维疏水膜膜蒸馏法脱除水中氯酚

采用表面涂覆改性的方法制得新型的改性聚芳醚砜酮（PPESK）中空纤维疏水膜,并用真空膜蒸馏法（VMO）进行了水溶液中2,4,6-三氯酚的去除试验。分别考察了氯酚水溶液以及两种合氯酚废水中氯酚的去除效果,研究了料液进口温度（0～30℃）、真空侧压力（0．03～0．08MPa）对脱除率及脱除因子的影响。     

PVDF中空纤维膜接触器分离烟气CO2

以水（H2O）、氢氧化钠（NaOH）、氨基乙酸钾（GLY）、氨基乙酸钾-哌嗪（GLY-PZ）水溶液为吸收剂,研究了疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜接触器分离CO2/N2模拟烟气中CO2的技术,具体考察了流动方式、气液流率、吸收液浓度和温度、原料气CO2浓度、填充密度等对膜接触器吸收效率的影响。结果表明,气液逆流的腔流程模式具有较高的分离效率。不同吸收剂的分离性能为：NaOH > GLY-PZ > GLY > H2O。温度对各种吸收剂的影响随其种类不同而有所差异。膜接触器对烟气CO2的分离效率随填充密度、吸收液浓度和流率的提高而增大,随气体流率及其中CO2浓度的增大而减小。     

阴离子膜直接甲醇燃料电池阴极氧电还原研究

阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)采用碱性体系,阴阳极反应环境优越,反应过电位较低,电渗析与甲醇渗透方向相反,甲醇进入阴极的速率较小,电池功率密度和发电效率明显高于质子膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC).碱性条件下,阴极氧还原电催化材料的研究和应用多集中于Pt/C和Ag/C,因其活性和抗甲醇性不足,反应过电位较高,AEM-DMFC的优势并未得到充分体现,因此开发新型阴极电催化剂成为提高AEM-DMFC性能的关键问题.