微生物燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、微生物燃料電池技術(shù)是一種利用細(xì)菌分解有機(jī)物而產(chǎn)生電能的新型能源方式,而且因?yàn)槠洚a(chǎn)生電能、降解有機(jī)物和降低成本的優(yōu)勢(shì)而得到各國(guó)科研人員的廣泛研究。但是目前的研究結(jié)果顯示,微生物燃料電池要走向?qū)嶋H化的應(yīng)用還需要解決一系列的問(wèn)題,尤其是電能的提升。為了提升微生物燃料電池的電能輸出和資源優(yōu)化,本課題主要對(duì)微生物燃料電池技術(shù)進(jìn)行了深入探討,并進(jìn)行了資源和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先利用直接生長(zhǎng)的碳納米管作為微生物燃料電池的電極極板,進(jìn)行乳制品

2、廢水的降解和產(chǎn)電性能的探討。研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)有直的碳納米管的極板可以產(chǎn)生的最大功率密度為2.28W/m2,極限電流密度為11.95A/m2,10天后對(duì)乳制品廢水的降解率可達(dá)24.52％;而沒(méi)有生長(zhǎng)碳納米管的極板材料的最大功率密度為1.38W/m2,極限電流密度為7.14A/m2,10天后對(duì)乳制品廢水的降解速率為11.73%。長(zhǎng)有碳納米管的極板的產(chǎn)電性能比單純合金極板的產(chǎn)電性能要好一倍左右,其原因是碳納米管可以形成獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu),為微生物的附

3、著和繁殖提供了良好的棲息地,減小了系統(tǒng)的活化極化和濃度極化。但是碳納米管的制備技術(shù),也關(guān)系著其產(chǎn)電性能,因此需要進(jìn)一步改善其制備技術(shù)。
　　其次,通過(guò)流道槽體的設(shè)計(jì),本課題也對(duì)微生物燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并且從模擬分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面進(jìn)行對(duì)比。模擬發(fā)現(xiàn)Re=60時(shí),漸擴(kuò)流道的混合效率最好,然后依次是漸縮、圓形和方形;而實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)漸縮流道的產(chǎn)電性能和COD降解率最好,而后依次是漸擴(kuò)、方形和圓形。模擬分析與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的差

4、異,表明微生物燃料電池技術(shù)的錯(cuò)綜復(fù)雜性,并非是單純的工程模型,但是可以將工程技術(shù)中的思維應(yīng)用于微生物燃料電池中,更好的為改善其性能表現(xiàn)服務(wù)。
　　最后,對(duì)于微生物燃料電池陰極系統(tǒng)的研究很多,但是對(duì)于陰極利用的卻很少,而生物-電-芬頓系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了這一空白。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),利用碳?xì)肿鳛橄到y(tǒng)的電極材料,當(dāng)對(duì)陰極加入FeSO4·6H2O時(shí),可以對(duì)含油廢水實(shí)現(xiàn)49.4%的降解,其降解率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比沒(méi)有加入任何Fe2+源的對(duì)照組要高。而且通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)的