底物对微生物燃料电池产电性能的影响

在自行构建的"H"型双室微生物燃料电池(MFC)中,以湖南省吉首市大田湾污水处理厂曝气池中的污泥为接种污泥,以可溶性淀粉和白糊精为底物,考察不同底物及其质量浓度对MFC获得稳定开路电压所需时间、启动时间、电动势、内阻及功率密度等性能的影响.实验结果显示,在同样的条件下,以白糊精为底物的MFC启动快、内阻小、功率密度较小,而以可溶性为底物的MFC启动慢、内阻大、功率密度大;底物质量浓度低于6g/L时,以可溶性淀粉为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加,底物质量浓度低于8g/L时,以白糊精为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加.由于底物抑制效应,质量浓度较高时,随着底物质量浓度的增加.MFC达到稳定开路电压所需的时间反而减少.     

微生物燃料电池启动过程的电化学行为

构建了以初沉池污水接种、铁氰化钾作为阴极液的典型H型无介体微生物燃料电池(MFC),考察了MFC在启动过程中的电化学行为。结果表明:在启动期间,MFC开路电压比闭路电压提前达到稳定,电池内阻的变化决定了MFC的启动过程。铁氰化钾阴极电位的变化幅度较小,阳极电位的降低幅度远大于阴极电位,启动过程电压的变化由阳极电位主导。启动中的电化学阻抗谱(EIS)分析表明,电池电荷转移内阻随着启动过程的进行呈现不断下降的趋势,反映了MFC阳极产电微生物的繁殖与驯化过程。     

微生物燃料电池聚苯胺膜阳极的制备及性能

 分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。     

土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

微生物燃料电池不同离子强度的实验研究

在相同的基质浓度(COD=1 500 mg/L)下,分别向反应器中加入0、50、100、200、300和400 mmol/L的氯化钠(Na Cl)溶液,考察了不同Na Cl浓度对双室微生物燃料电池(MFC)的电动势、内阻、输出功率和库伦效率的影响。随着Na Cl投加量的增加,内阻显著降低,输出功率的密度相应增加,但浓度过高会导致微生物细胞失水死亡,对MFC产生破坏性影响。当离子强度的浓度为200 mmol/L时,电池产电性能最优,最大开路电压为1 138 m V,内阻为205.8Ω,最大输出功率的密度为230.35 m W/m2,COD去除效率达到90.35%,库伦效率达到30.89%。     

微生物燃料电池性能优化及微生物分析

为了进一步提高微生物燃料电池的运行性能,提高硝酸盐降解率及改善电能输出情况,以城镇污水处理厂二沉池污泥为接种源,硝酸钠为电子受体运行典型单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)。以1g/L无水乙酸钠、50 mmol/L磷酸盐缓冲液为模拟废水成功启动MFC,运行稳定后,通过碳源、碳氮比(C/N)、硝酸盐浓度、温度4个因素来优化MFC运行性能。实验结果表明:在温度为30℃、无水乙酸钠为碳源、C/N=5∶1、硝酸盐质量浓度为200mg/L时MFC运行性能最佳,硝酸盐去除率均可达到90%以上,最大电压可达到0.462V。最佳状态下经6个周期运行,MFC最高电压为0.62V,功率密度高达4.53 W/m2;交流阻抗分析最佳运行状态下MFC内阻为130Ω,扫描电镜观察到电极表面微生物种类及数量均明显增多。研究证明MFC可以作为含硝酸盐废水产能净化的有效技术。     

反硝化菌生物阴极微生物燃料电池对模拟焦化废水的处理

本实验针对生物阴极微生物燃料电池(MFC)对模拟焦化废水的处理情况进行研究.通过从焦化厂缺氧池活性污泥中筛选出具有良好反硝化性能的反硝化菌群作为生物阴极,构建MFC处理模拟焦化废水,以电压、功率密度、COD和废水中代表性有机污染物苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等为考察指标.结果表明,生物阴极MFC运行稳定,具有良好的产电性能,输出电压可达495mV,功率密度最高达29.23mW·m-2,COD去除率为70%;苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等焦化废水中代表性有机污染物均有所去除,苯酚的去除率达到61%,吡啶、喹啉与吲哚等去除率也达到30%左右,反硝化菌生物阴极MFC对模拟焦化废水具有良好的处理效果.     

膜面积及阳极面积对立方体型MFC产能影响的研究

以生活污水为底物,普通石墨棒为电极,构建立方体型微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。研究了阳离子交换膜(Cation Exchange Membrane, CEM)面积和阳极面积对微生物燃料电池产电能力的影响.阳极以厌氧污泥作接种体并且无使用中介体,两室分隔物使用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM),阴极使用无催化剂的普通碳电极.采用几种不同的阳极面积和阳离子交换膜面积,以最大功率密度和内阻等作为比较参数,比较其产电性能.实验结果表明：（1）当阳离子交换膜面积较小时,功率密度随其增加而增大,内阻则随其增加而减小.但两者的变化幅度均逐渐减小.两者到达极值后,功率密度随其增加而减小,内阻则随其增加而增大.在膜面积为21cm2的时候,电池各项性能指标均达到最佳,其开路电压（OCV）为233mV,最大功率密度为3.44mW?m-2,电池内阻为2.10 KΩ.（2）MFC产能除了与膜面积相关外,受阳极面积的限制也很大,要得到最大的能量输出,膜面积应该略大于阳极面积.最佳产能时离子交换膜与阳极的面积比为1.37.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

微生物燃料电池阳极碳材料对垃圾渗滤液COD检测性能的影响

分别以碳毡(CF)、碳刷(CB)和碳布(CC)作为阳极材料构建了3组双室型微生物燃料电池(MFC)传感器：MFC-CF、MFC-CB和MFC-CC,考察了这3种阳极材料对MFC传感器电化学性能的影响,结果表明：MFC-CF的电化学性能最好,其最大输出电压为600.44 mV,分别是MFC-CB和MFC-CC的1.29倍和1.55倍;MFC-CF的最大输出功率密度为265.95 mW/m²,显著高于MFC-CB(167.54 mW/m²)和MFC-CC(123.13 mW/m²)。分别以最大输出电压和累计电荷量为检测信号考察了3组MFC传感器对垃圾渗滤液COD的检测性能,结果显示：3组MFC传感器的有效检测范围均为10～500 mg/L;MFC-CF的检测灵敏度为1.038 mV·L/mg和0.015 C·L/mg,显著高于MFC-CB和MFC-CC;3组MFC传感器对垃圾渗滤液COD检测时均表现出良好的准确性,最大相对误差分别为11.20%(以最大输出电压为检测信号)和15.75%(以累计电荷量为检测信号)。     

一种含铜固体电极在新型无膜生物电化学系统中的应用研究

采用壳聚糖修饰电极吸附溶液中Cu(Ⅱ)制得含铜固体电极,将其用做新型无膜生物电化学系统(MACMCB)阴极。研究固体电极Cu(Ⅱ)质量和外阻对MACMCB电压的影响。结果表明,系统电压与含铜固体电极Cu(Ⅱ)质量及系统外阻正相关,最大输出电压达0.6346 V。该系统Cu(Ⅱ)还原效率高于92.75%,表明Cu(Ⅱ)做电子受体得电子能力强,Cu(Ⅱ)几乎被全部还原。MACMCB与微生物燃料电池(MFC)的效率对比结果表明,在一定时间内,MACMCB在底物降解效率和产能输出方面明显优于MFC,推荐含铜固体电极更换时间为10~30小时。含铜固体电极中Cu(Ⅱ)主要以Cu SO4分子形式存在,放电后Cu(Ⅱ)的主要还原产物为单质Cu,含少量Cu2O,另外掺杂部分Cu元素的磷化物和氯化物沉淀。     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

微生物燃料电池(MFC)处理垃圾渗滤液与同步产电性能

微生物燃料电池(MFC)是能在处理有机污染物时产电的装置。着重研究了MFC同步处理老龄垃圾渗滤液和其产电能力。实验在典型双室MFC装置中进行,其中以碳毡为电极材料,活性污泥为接种源,铁氰化钾溶液为阴极液。MFC驯化6个周期后产电达到稳定,此时以垃圾渗滤液和污泥作为阳极液,检测了电池的产电性能及其对垃圾渗滤液的处理效果。结果表明,经过驯化电池的最大功率密度比使用未驯化的电极对照组提高了22倍,达到了439.1 m W/m~2,电池内阻约为1 kΩ。同时扫描电镜(SEM)观察到电极表面形成一层由典型的球菌和杆菌组成的生物膜。电池运行15 d,垃圾渗滤液化学需氧量(COD)、总氮、氨氮的去除率分别达到了(49.05%±1.40%)、(68.95%±1.07%)、(73.54%±0.91%)。本研究为同步产能及处理老龄垃圾渗滤液提供了数据支持。     

MnO_2@graphene为阴极催化剂的微生物燃料电池产电性能研究

以碳布为阴阳极材料,乙酸钠为底物,MnO_2@graphene为阴极催化剂构建空气阴极单室微生物燃料电池(MFC),研究了阳极液pH、阳极底物初始COD浓度、MFC运行温度等因素对MFC输出电压和产电功率的影响﹒研究结果表明,阳极液pH对MFC产电性能影响最大,而阳极底物初始COD浓度影响最小﹒在阳极液pH为8、MFC运行温度为308 K和阳极底物初始COD浓度为800 mg/L时MFC的产电性能和污水处理最佳﹒在此条件下,MFC对污水中COD的降解率可达98.4%,输出电压和产电功率密度分别可达0.813 V和2 046.9mW/m~2,说明以MnO_2@graphene为阴极催化剂的MFC具有较好的产电性能和污水处理效能﹒     

MFC的除As(Ⅲ)产电性能及其优势微生物种群

为研究微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)对含As(Ⅲ)废水的解毒效果和产电能力,以As(Ⅲ)和乙酸钠为阳极底物,对不同As(Ⅲ)初始浓度下MFC的产电性能、As(Ⅲ)氧化情况及其微生物群落进行分析.结果表明,该MFC可有效氧化As(Ⅲ)以降低毒性,同时产生稳定电压,其最大功率密度为1.368 6 W·m~(-3), As(Ⅲ)去除率达75.0%,变形菌、长绳菌、不动杆菌等为该MFC上的优势种群.     

动态磁场对Geobacter sulfurreducens产电特性的影响

以Geobacter sulfurreducens为产电菌构建双室微生物燃料电池(MFC)。产电菌液分别在0、100、200mT的垂直磁场下动态处理1h,然后接种到MFC1、MFC2和MFC3中,研究动态磁场处理对MFC产电性能的影响。实验结果表明:动态磁场处理使产电菌反应器的启动时间延长、稳定电压降低、表观内阻增大,MFC1、MFC2和MFC3的表观内阻依次为329、507、353Ω;通过电化学阻抗谱测试可知,相比对照组MFC活化内阻,经磁场处理的产电菌MFC全电池的活化内阻变大,其中MFC1、MFC2和MFC3的活化内阻依次为12.34、28.29、16.87Ω;循环伏安测试发现经过动态磁场处理的产电菌其电化学活性降低。     

BDD电极电化学氧化处理高COD、高氨氮火炸药废水的最佳工艺参数

为处理火炸药制造过程中产生的高COD、高氨氮废水,用掺硼金刚石(Boron-doped diamond, BDD)做阳极,通过电化学氧化处理,探究电流密度(40～80 mA/cm²)、氯化钠添加量(0.5～4.0 g/L)和pH值(2～11)对火炸药废水的COD、氨氮移除及其动力学常数的影响。结果表明,电流越大,COD与氨氮移除的动力学常数均随之增大;氯化钠添加量越大,COD动力学常数表现为线性增大,氨氮动力学常数则表现出先增大后稳定的趋势;体系的酸性越强,COD动力学常数越大,相反,体系碱性越强,氨氮动力学常数越大。结合动力学常数的变化趋势,获得了目标溶液的最佳处理参数：在pH=4,NaCl添加量2 g/L,电流密度70 mA/cm²条件下处理6 h,可实现溶液中COD和氨氮的高效移除,移除率分别达到98.70%和95.74%,表明以BDD为电极电化学氧化处理火炸药废水有优良的效果。     

磷酸铁锂电池充电后静置的电压预测方法

混合动力电动汽车在行驶过程中的动态充电后静置开路电压不稳定。特别是再生制动充电时开路电压的变化,而导致常用的开路电压法存在SOC估计误差大和混合动力电动汽车动力控制策略难以实施。以磷酸铁锂电池为对象,依据电化学理论分析了其充电后静置过程中正负极表面锂离子扩散对开路电压的影响机理以及开路电压随时间的变化关系。再通过充电后静置实验和参数辨识方法,建立了充电后磷酸铁锂电池静置开路电压预测模型。以此对其充电后静置的开路电压进行了预测实验。结果表明,在实验工况下,该模型的最大预测误差为0.017V。     

用人工神经网络诊断电力电子电路主回路故障

提出了一种用前向神经网络(BP网络)来诊断新型无功发生器(ASVG)逆变器主回路元件开路故障的方法.把逆变器输出电压波形在一个周期内分为4个区,则可以发现单个元件开路的相应故障特征.这个特征表现在某一区域的电压值异常现象(为浮动状态),这可以用前向神经网络来进行识别.通过电力电子仿真软件(PSIM),得到了主回路单个元件开路时逆变器输出的电压波形样本,利用这些样本可以训练神经网络.研制了用神经网络诊断故障的软件,对测试样本的识别得到满意结果.     

pH对腐熟蓝藻微生物燃料电池产电性能的影响

采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)装置,以腐熟蓝藻为阳极基质,以氧气为阴极电子受体,考察阳极基质初始pH对MFC产电性能和腐熟蓝藻降解效果的影响。研究结果表明:阳极基质为弱碱性时,可提高电子传递效率,有利于MFC产电。初始pH为8时,MFC最大输出功率密度为3.83 m W/m2,分别是初始pH为6,7和9时的1.46倍、1.18倍和1.58倍,并且pH为8时,COD的去除率达到89.8%。在稳定产电期间,由于阳极H+向阴极迁移的速率高于参与阴极还原反应的消耗速率,导致阴极室内H+积累,使pH持续下降。调控阳极基质pH、提高阴极还原反应速率,在有效降解蓝藻的同时实现电能输出,为蓝藻资源化利用提供了新的途径。