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

1、微生物燃料電池技術(shù)是一種利用細菌分解有機物而產(chǎn)生電能的新型能源方式,而且因為其產(chǎn)生電能、降解有機物和降低成本的優(yōu)勢而得到各國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,本課題主要對微生物燃料電池技術(shù)進行了深入探討,并進行了資源和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
　　首先利用直接生長的碳納米管作為微生物燃料電池的電極極板,進行乳制品

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天后對乳制品廢水的降解率可達24.52％;而沒有生長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天后對乳制品廢水的降解速率為11.73%。長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,因此需要進一步改善其制備技術(shù)。
　　其次,通過流道槽體的設(shè)計,本課題也對微生物燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,并且從模擬分析和實驗驗證兩方面進行對比。模擬發(fā)現(xiàn)Re=60時,漸擴流道的混合效率最好,然后依次是漸縮、圓形和方形;而實驗結(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、方形和圓形。模擬分析與實驗的結(jié)果的差

4、異,表明微生物燃料電池技術(shù)的錯綜復(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,對于微生物燃料電池陰極系統(tǒng)的研究很多,但是對于陰極利用的卻很少,而生物-電-芬頓系統(tǒng)正好彌補了這一空白。實驗發(fā)現(xiàn),利用碳氈作為系統(tǒng)的電極材料,當對陰極加入FeSO4·6H2O時,可以對含油廢水實現(xiàn)49.4%的降解,其降解率遠遠比沒有加入任何Fe2+源的對照組要高。而且通過對比系統(tǒng)的