本文選題：微生物燃料電池電堆　切入點：反極　出處：《重慶大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：能源與環(huán)境問題是21世紀人類共同面臨的兩大難題,隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展的同時水污染問題也越發(fā)嚴重,而傳統(tǒng)的污水處理方法需要消耗大量的電能來處理污水。微生物燃料電池技術(MFC)相比于傳統(tǒng)的污水處理方法來說,是一種新型的污水處理裝置,同時具備污水處理與同步產(chǎn)電兩個功能,能夠將對水資源以及經(jīng)濟發(fā)展造成極大負面影響的有機廢水轉變?yōu)槿祟愃璧碾娔?在解決環(huán)境問題的同時產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益,是一種極有前景的可再生能源。然而,單個MFC的電壓較小,其開路電壓約為0.8V,工作電壓僅為0.5V左右,使得MFC的工程應用之路受阻。本文對小電阻啟動條件下的MFC電堆反極問題進行研究,實驗研究表明反極現(xiàn)象在MFC電堆中普遍存在。我們又構建了MFCs-MEC的耦合系統(tǒng),并對MFC電堆性能與MEC產(chǎn)氫性能之間的相互關系進行了研究,最后我們根據(jù)單室MFC的p H調(diào)節(jié)特性,構建了序批式光合產(chǎn)氫反應器與空氣陰極單室MFC電堆耦合系統(tǒng),并對單室MFC電堆與光合產(chǎn)氫反應器的產(chǎn)氫性能的關系進行了研究。本文得出的主要結論如下:1)MFC電堆驅動電池陰極反極產(chǎn)氫研究本文構建了小電阻啟動條件下的MFC電堆,并對MFC電堆的性能進行研究,移除發(fā)生反極的電池,再對剩余MFC組成的MFC電堆性能進行研究。研究結果表明:小電阻啟動條件下的MFC電堆在大電流條件下會出現(xiàn)反極,陽極生物膜內(nèi)H+離子傳輸受限是MFC發(fā)生反極的原因,剔除反極MFC之后的MFC電堆依然會發(fā)生反極。2)MFC電堆與MEC耦合系統(tǒng)研究本文構建了MFC電堆與MEC耦合系統(tǒng),并對其產(chǎn)氫性能進行研究,再對MFC電堆與MEC耦合系統(tǒng)的產(chǎn)氫性能進行研究。研究結果表面:4MFC-MEC系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率、氫氣回收利用率以及底物利用率均為最高,分別為23.1 ml/L/D,54.35m L H2/g substrate,0.28 g/L。3)光合產(chǎn)氫-微生物燃料電池電堆耦合系統(tǒng)研究本文構建了序批式光合產(chǎn)氫反應器(PBR)電堆耦合系統(tǒng),研究結果表面:耦合系統(tǒng)中單室MFC有利于緩解PBR的底物酸化問題,耦合系統(tǒng)中的MFC有利于維持系統(tǒng)較高的p H值,緩解PBR的底物酸化問題。耦合系統(tǒng)中的MFC可以大量降解光合制氫中產(chǎn)生的有機酸,有利于改善系統(tǒng)的底物抑制現(xiàn)象。耦合系統(tǒng)的產(chǎn)氫性能和葡萄糖降解率隨MFC個數(shù)的增加而增加。PBR-3MFCs系統(tǒng)產(chǎn)氫性能最佳,其單個序批循環(huán)的產(chǎn)氫量可達2.8mmol,較PBR系統(tǒng)提高了75.0%。
[Abstract]:In 21th century, the problems of energy and environment are two big problems that mankind faces together. With the rapid development of the global economy, the problem of water pollution is becoming more and more serious. But the traditional sewage treatment method needs to consume a lot of electric energy to treat the sewage. The microbial fuel cell technology MFCis a new type of sewage treatment device compared with the traditional sewage treatment method. At the same time, it has two functions of sewage treatment and synchronous power generation, which can transform organic wastewater, which has a great negative impact on water resources and economic development, into electric energy needed by human beings, which can solve environmental problems and produce certain economic benefits at the same time. However, the voltage of a single MFC is relatively small, its open circuit voltage is about 0.8 V, and the operating voltage is only about 0.5 V. In this paper, the reverse pole problem of MFC stack under the condition of small resistance start-up is studied, and the experimental results show that the reverse pole phenomenon exists widely in MFC stack. The coupling system of MFCs-MEC is also constructed. The relationship between the performance of MFC reactor and the hydrogen production performance of MEC was studied. Finally, according to the pH regulation characteristics of single cell MFC, the coupling system of sequence batch photovoltaic reactor and air cathode single cell MFC reactor was constructed. The relationship between single cell MFC reactor and hydrogen production performance of photosynthetic hydrogen production reactor was studied. The main conclusions of this paper are as follows: 1 / 1 MFC stack driven battery cathode reverse hydrogen production. In this paper, the MFC stack under the condition of small resistance start-up is constructed. The performance of MFC stack is studied by removing the battery with reverse pole, and then the performance of MFC stack composed of residual MFC is studied. The results show that under the condition of small resistance start-up, the MFC stack will appear reverse pole under the condition of high current. The limitation of H ~ + transport in anodic biofilm is the cause of the reverse pole of MFC. The coupling system of MFC stack and MEC is still occurred after the anti-pole MFC is excluded. In this paper, the coupling system of MFC stack and MEC is constructed. The hydrogen production performance of MFC stack and MEC coupling system was studied. The results showed that the hydrogen production rate, hydrogen recovery efficiency and substrate utilization rate of the system were the highest. Coupling system of photo-hydrogen production and microbial fuel cell stack with 54.35m / L H _ 2 / g substrate0.28 g / L ~ (3); in this paper, a PBR coupling system was constructed for sequencing batch photosynthetic hydrogen production reactor (PBR). The results show that the single-compartment MFC is helpful to alleviate the substrate acidification problem of PBR in the coupled system, and the MFC in the coupling system is conducive to maintaining the higher pH value of the system. Alleviating the substrate acidification of PBR. MFC in the coupling system can degrade organic acids produced in photo-hydrogen production in large quantities. The hydrogen production and glucose degradation rate of the coupled system increased with the increase of the number of MFC. The hydrogen production capacity of the PBR-3 MFCs system was the best, and the hydrogen production of the single batch cycle reached 2.8 mmol, which was 75.0% higher than that of the PBR system.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.45

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