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探究杆菌磁场对纯菌微生物燃料电池产电性能影响

收藏本文 2024-01-28 点赞:34917 浏览:158697 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:近年来,微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)作为一种融合了污水处理和微生物产电的新技术迅速进展,并且有望成为一个替代传统策略的新型废水处理技术。本论文以Geobacter sulfurreduencs为产电菌构造微生物燃料电池,在MFC阳极垂直加载0、100、200、300、400mT强度的磁场,分别测定了MFC的启动时间、电压、极化曲线、功率密度曲线、线性极化曲线、EIS阻抗谱,探讨了磁场对MFC产电特性的影响。实验结果:(1)加载100mT磁场可以在缩短启动时间的同时,提升启动电压,加载200、300、400mT的磁场只能提升启动电压,不能缩短启动时间。(2)加载磁场可以提升COD去除率和库仑效率,其中200mT的推动作用最强。(3)加载磁场可以减小MFC的表观内阻,提升MFC的最大功率密度,其中加载100mT的MFC的表观内阻最小,为237Ω,加载200mT的MFC的输出功率密度最大,达到3889mW/m2。(4)利用等效电路R1(R2Q2)(R3Q3)对MFC全电池和阳极进行拟合,R1为欧姆内阻,R2为极化内阻,R3为扩散内阻,并比较相应拟合的参数。结果表明,加载200mT磁场的MFC全电池的活化内阻最小,100mmT次之;加载300mT磁场的MFC阳极的极化内阻最小,200mT次之。由本章的实验表明,最佳的磁场强度为100-200mT。在确定了最佳的磁场强度范围的基础上,选择100mmT作为最佳加载磁场进行开路驯化,探讨对阳极上的微生物进行开路驯化后,磁场对MFC产电性能的影响。探讨结果表明,(1)发现开路驯化时,加载磁场后的推动作用不显著。(2)但是与强度试验中对应的MFC相比,开路驯化使得开路电压上升,启动时间缩短,MFC表观内阻下降,输出功率密度上升的同时,有效的减小MFC全电池的极化内阻。关键词:微生物燃料电池论文稳恒磁场论文硫还原泥土杆菌论文

    摘要5-6

    Abstract6-9

    第1章 前言9-12

    1.1 探讨背景9-10

    1.2 探讨目的与内容10-12

    1.2.1 探讨目的10

    1.2.2 探讨内容10-12

    第2章 文献综述12-23

    2.1 MFC基本原理12

    2.2 MFC的类型12-14

    2.2.1 根据反应器的构型分类12-13

    2.2.2 根据电子以细菌到电极转移方式分类13-14

    2.3 MFC的构造14-18

    2.3.1 阳极与阴极室14-15

    2.3.2 阴极与阴极室15-17

    2.3.3 分隔材料17-18

    2.3.4 操作方式与负载18

    2.4 常见产电微生物18-20

    2.4.1 希瓦氏菌19

    2.4.2 铁还原红育菌19

    2.4.3 硫还原泥土杆菌19-20

    2.5 微生物磁效应20-23

    2.5.1 微生物磁效应的原理20-21

    2.5.2 微生物磁效应在废水生物处理中的运用21-23

    第3章 实验材料与策略23-32

    3.1 实验材料23-24

    3.1.1 实验药品23-24

    3.1.2 实验仪器与设备24

    3.2 菌种培养24-27

    3.2.1 菌种来源24

    3.2.2 培养基成分24-25

    3.2.3 培养基配制25-26

    3.2.4 接种26

    3.2.5 培养、保存与复苏26-27

    3.3 反应器的设计与测试27-29

    3.3.1 H型反应器设计27-28

    3.3.2 电极与质子膜的预处理28-29

    3.3.3 反应器性能测试29

    3.4 数据采集器的参数设置29

    3.5 试验中涉及的数据浅析策略29-31

    3.5.1 电压、电流密度、功率密度、库仑效率29

    3.5.2 极化曲线及功率密度曲线29-30

    3.5.3 循环伏安曲线CV测定策略30

    3.5.4 电化学阻抗谱法EIS测定策略30

    3.5.5 COD测定30-31

    3.6 本章小结31-32

    第4章 磁场对纯菌微生物燃料电池产电性能的影响32-50

    4.1 实验策略32

    4.1.1 阳极液与阴极液的配制32

    4.2 实验装置与实验条件32-33

    4.3 磁场强度对MFC产电性能的影响33-48

    4.3.1 对MFC启动的影响33-34

    4.3.2 间歇周期34-35

    4.3.3COD去除率与库仑效率35-38

    4.3.4 极化曲线与功率密度曲线38-41

    4.3.5 EIS阻抗谱测试内阻变化41-48

    4.4 本章小结48-50

    第5章 磁场驯化对纯菌微生物燃料电池产电性能的影响50-59

    5.1 实验策略50

    5.2 磁场对MFC开路驯化50-51

    5.2.1 开路电压50-51

    5.3 连接外电阻51-58

    5.3.1 闭路电压51

    5.3.2 极化曲线与功率密度曲线51-53

    5.3.3 COD去除率与库仑效率53-56

    5.3.4 循环伏安测试56

    5.3.5 EIS阻抗谱测试56-58

    5.4 本章小结58-59

    第6章 实验结论与总结59-61

    6.1 实验结论59-60

    6.2 总结与展望60-61

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