导读:本文包含了产电机理论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:厌氧氨氧化,微生物燃料电池,厌氧氨氧化同步反硝化,后续碳源
产电机理论文文献综述
孔志远[1]（2019）在《厌氧氨氧化微生物燃料电池同步脱氮产电性能及机理研究》一文中研究指出氮素的严重富集和有机碳源的缺乏是我国污水脱氮的主要障碍。厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺将氨(NH4+)和亚硝酸盐(N02-)在厌氧条件下直接转化为氮气(N2),缩减曝气和外部碳源需求,成为近十年来新兴的脱氮技术。然而,Anammox工艺中生成的硝酸盐限制其总氮脱除效率。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)利用产电微生物作为阳极生物催化剂,对废水中的污染物进行分解并同步发电。研制厌氧氨氧化微生物燃料电池有利于实现深度脱氮和能源回收,符合废水脱氮技术的发展趋势。本研究创建厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC),对装置脱氮产电性能及工作机理进行了探究,并深入考察加入后续碳源对系统脱氮产电性能及菌群结构的影响。主要结果和结论如下:(1)创建ANAMMOX-MFC,序批式运行(HRT 24h)。启动阶段氮脱除率在67%～97%间波动,电压从392 mV下降至57 mV;运行48天装置稳定后开展实验,脱氮率稳定在95%以上,电压在21～62 mV间波动;运行65天观测到后期电压升高现象。长期放电实验表明电压持续升高并逐渐稳定,气相色谱(Gas chromatography,GC)测试表明阳极液内含有挥发性脂肪酸,证实阳极生物膜水解产酸导致后期电压升高。(2)进水COD浓度小于100 mg·L~(-1)可以促进反硝化,提升脱氮效果,进水COD浓度超过100 mg.L~(-1)则会抑制厌氧氨氧化过程,脱氮效果变差。增加进水COD浓度(100～150 mg.L~(-1))未观测到输出电压上升,即不促进产电。(3)后续碳源添加对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能有促进作用。未添加后续碳源,系统(COD/N～0.65)出水总氮≤5.6 mg.L~(-1),TN去除率95%,最大功率密度0.01 Wm~(-3);运行12h,添加100 mg COD/L乙酸钠作为后续碳源,系统(COD/N～1.5)出水总氮≤1.0 mg.L~(-1),TN去除率99%,最大功率密度1.41 Wm~(-3)。后续碳源浓度对ANAMMOX-MFC产电有影响,COD≤20 mg·L~(-1)对产电无促进作用,COD>40 mg·L~(-1)可促进产电,COD>80 mg·L~(-1)可进一步强化产电。(4)周期批实验表明,厌氧氨氧化和反硝化在运行周期的前半段同步耦合脱氮,即后续碳源不直接参与脱氮过程,仅参与产电过程,出水中不含硝氮,解决了厌氧氨氧化系统中硝氮残留问题。后续碳源作为异养产电菌的底物,激活异养产电菌活性,提高系统输出功率,其功能为ANAMMOX-MFC高产电的“控制开关”。(5)16s rRNA高通量测序检测了阳极生物膜上的微生物群落,添加后续碳源,假单胞菌(Pseudomonas)取代了丛毛单胞菌(Comamonas)后成为潜在的产电菌,厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)丰度降低。本研究证明了低碳氮比下耦合型生物阳极室中实现厌氧氨氧化同步反硝化的可行性,并提供了一种产电优化策略。这些研究将拓宽人们对厌氧氨氧化菌与异养细菌相互作用的认识,为ANAMMOX-MFC废水处理工艺的科学设计和运行奠定基础。(本文来源于《内蒙古大学》期刊2019-05-31）
尹越[2]（2018）在《高效产电菌的筛选及电子传递机理研究》一文中研究指出微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种将生物化学能转化为清洁电能的电化学装置。MFC中阳极电化学活性菌催化利用有机底物完成自身代谢的同时,部分电子经阳极转移到外电路中完成了能量的转化。在此过程中,微生物的产电呼吸也对污水实现了净化。产电微生物作为MFC工作的催化剂将直接影响其产电效率,然而其产电过程中的电子传递机理尚不清楚使MFC应用过程中的调控缺乏理论基础。本论文从接种西安市第四污水处理厂活性污泥且运行稳定的MFC阳极生物膜上,筛选出了四株电化学活性菌,对电化学活性最强的一株菌进行了产电性能及电子传递机理研究。论文获得的主要研究结果如下:(1)接种西安市第四污水处理厂活性污泥构建起的MFC迅速启动成功、输出电压稳定、产电性能良好,其最高功率密度就达到了9400 mW·m~(-2)。利用铁还原培养基从MFC阳极生物膜中筛选获得一株高效产电细菌F4。经16SrDNA鉴定其为克雷伯氏属细菌,序列登陆号为TD665W2E016。菌株F4为革兰氏阴性杆菌;pH 7.0、35℃的无氧环境最适宜其生长,按体积比20%接种菌株F4菌液构建的MFC,最大功率密度达3803mW·m~(-2)。(2)蒸发耗散及压差迁移对双室微生物燃料电池两腔液量影响微小,生物代谢及电渗拖拽是造成双室微生物燃料电池两极极室液位差的主要原因。MFC运行中水传递量与输出电压正相关,电压越大阴阳极间水传递量越多,阳极液位的下降速度越快。通过液量变化计算得本系统的质子传递率大于54%,电池性能良好。(3)通过更换阳极基质发现,菌株F4构建的MFC产电过程中会产生大量电子介体,协助胞外电子传递,且该介质可重复利用。通过添加不同抑制剂发现,鱼藤酮对菌株F4氧化峰影响最大,即抑制了电子的给出,其次是抗霉素A,迭氮化钠的抑制效果最弱。由此推断胞内电子传递途中NADH脱氢是产生电子的主要源头,随后经Co Q进入Q循环,在Q循环中一部分电子直接交给铁硫蛋白ISF由细胞色素c传递到胞外电子受体,另一部分电子参与Q_i位点半醌自由基的还原产生Q/QH_2等物质,该类物质可以作为电子载体协助电子传递到胞外电子受体。胞外与胞内电子传递途径探索结果表明,菌株F4的电子传递方式是以分泌电子介体协助产电为主,直接接触电极通过细胞色素c传递电子为辅。(本文来源于《西安建筑科技大学》期刊2018-06-01）
陈桐清[3]（2018）在《产电型人工湿地对典型PPCPs的去除作用及机理解析》一文中研究指出医药品与个人护理品(PPCPs)作为一类大量使用的“新型”化学物质,由生活生产、工业医疗、PPCPs制造等途径产生,并由水体、大气、土壤等多种介质间接或直接地进入水环境,对人类、动植物和环境造成持续性的危害,国际上针对水环境中PPCPs类污染物的去除已经展开了多方面的研究工作。本文以水环境中常见的布洛芬(IBP)和双酚A(BPA)为代表,利用人工湿地(CW)在结构上具备构建微生物燃料电池(MFC)的有利条件和在功能上对难降解有机物具有净化潜能的特点,在垂直流人工湿地中构建微生物燃料电池(MFC-CW)。本研究成功组建2组CW和5组MFC-CW,探究MFC-CW系统的产电效能以及COD、NH_4~+-N和PPCPs的去除效能,并考察PPCPs种类、水力停留时间(HRT)等因素对系统产电与处理效能的影响。运用液质联用技术(LC-MS)鉴定PPCPs降解中间产物,探究PPCPs在MFC-CW中的降解途径。同时运用通量测序生物学方法探究MFC-CW和CW内PPCPs的内部微生物种群结构。主要结论如下:在相同进水条件下,MFC-CW系统的COD、NH_4~+-N处理效能、PPCPs去除效能和微生物多样性均优于CW系统。电路的连接对底物的净化、目标污染物的去除以及生物多样性都有显着的促进作用,说明MFC的引入能加强CW系统的污水净化效果。MFC系统的引入会对CW系统的微生物群落结构产生影响,MFC-CW系统较CW系统微生物群落更为丰富,产电菌变形菌门(Proteobacteria)和硬壁菌门(Firmicutes)的相对丰度明显提升。系统启动初期,MFC-CW和CW系统去除能力均较强,两种污染物的去除效果都能达到99%以上。系统稳定后,由于IBP只有一个苯环更易于生物降解,IBP的去除效果优于BPA。IBP的添加对COD、NH_4~+-N的处理效能没有明显影响,而添加BPA对COD、NH_4~+-N的净化效果起到了阻碍作用。高通量测序结果表明,IBP和BPA的添加均对微生物群落结构造成了改变。HRT对于MFC-CW的处理效能影响较大,随着HRT的延长,内阻逐渐增加,功率密度逐渐减小、库伦效率逐渐增加。同时,系统的污水处理效能、PPCPs去除效能和生物多样性也随之提高。不同的HRT下MFC-CW的群落差别较大,HRT的的延长有助于产电菌在活性炭上的附着和生长。IBP在降解过程中产生了C_8H_8O_2、C_7H_6O_4和C_(13)H_(18)O_3叁种中间产物,但其中间产物1-羟基布洛芬和2-羟基布洛芬具有和布洛芬相似的毒性,对环境仍有潜在威胁。BPA在降解过程中检测到两种中间产物分别是C_7H_6O_4和C_(15)H_(13)O_4。(本文来源于《东南大学》期刊2018-05-01）
刘鹏[4]（2017）在《不同生物质废弃物为底物的碱性燃料电池性能及产电机理》一文中研究指出在经济、能源与环境之间的矛盾日趋严重的今天,人类亟需开发一种清洁的可再生能源。有机废弃物中蕴含着丰富的生物质,其传统的处置技术易产生环境污染,还造成了资源的浪费。燃料电池是一种性能稳定、绿色环保的能量转换装置,将有机废弃物作为燃料电池的燃料进行氧化产电将对于解决能源危机具有重要的意义。本论文首先利用激光还原法制备Cu_2O-Cu复合物,将其掺杂入阴极催化层中得到一种具有高催化活性的空气阴极。通过电化学测试确定出了阴极Cu_2O-Cu复合物的最优掺杂质量比为1%,LSV测试结果显示空气阴极的最大电流密度达到了42.5 mA/cm~2,是空白对照组阴极的5.6倍。另外,EIS和Tafel曲线测试都表明Cu_2O-Cu的加入提高了阴极反应动力学参数。然后选用甲基紫精修饰的泡沫镍阳极,Cu_2O-Cu修饰的空气阴极,构建一种性能高效的碱性燃料电池,进行香蕉皮和水果废渣这两类典型食品加工有机废弃物的资源化处理。首先将1 g香蕉皮加入12.5 mL 1%的稀硫酸中,在110℃条件下水解2小时,得到香蕉皮水解液的还原糖浓度为22.04 g/L,将其加入电池中,电池的最大功率密度达到了16.12 W/m~2,能够持续放电96.8小时,总共放出电量884 C。另外,选取桔子、梨以及苹果废渣进行榨汁处理,水果汁作为燃料电池底物加入到电池内进行电化学分析。结果显示,苹果汁燃料电池性能最佳,最大功率密度为20.63 W/m~2。总之,将香蕉皮和水果废渣预处理后在碱性燃料电池中进行氧化放电,这不仅为有机废弃物的安全环保处置提供了新途径,而且对于废物资源化利用具有重大意义。(本文来源于《天津大学》期刊2017-12-01）
方舟[5]（2017）在《人工湿地型微生物燃料电池同步降解偶氮染料与产电的特性及机理》一文中研究指出难降解有机废水因其可生化性差、化学性质稳定、具有生物毒性等特点,成为水污染治理领域的难点和热点。近年来,微生物燃料电池(MFC)技术作为一种新型的污水处理技术,因其能够直接从污水中回收化学能并以电能形式输出而受到广泛关注。本文利用人工湿地(CW)以及MFC构造上的相似性,将MFC的阴阳极嵌入人工湿地(CW),首次构建了全新的连续流人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC),并率先将其用于难降解有机废水的净化,成功实现了偶氮染料废水在CW-MFC中的脱色和同步产电。本文考察了 CW-MFC产电对于脱色的促进作用以及湿地植物对于CW-MFC产电的促进作用。重点研究了阴阳极区域中偶氮染料的脱色和降解性能,以及阴阳极产电和净化性能之间的相互影响,分析了偶氮染料在CW-MFC中脱色和降解的机制。本文主要研究内容和研究结果如下:1)研究了 CW-MFC对偶氮染料ABRX3的脱色与COD去除的促进作用。结果表明,相比于断路CW-MFC(相当于传统湿地),CW-MFC可以将ABRX3脱色率、去除率分别提高达17.0%左右和23.0%左右,脱色率和COD去除率最高分别可达95.24%和90.40%。其原因主要是共基质氧化产生的电子更多地被产电菌导出到胞外,提高ABRX3与电子接触的概率。此外,电流也能够促进微生物新陈代谢,从而促进微生物对ABRX3的脱色。在CW-MFC的阳极层,产电菌G.Sulfurreducens和Beta Proteobacteria的丰度明显高于断路CW-MFC。2)在阴极种植植物能够增加阴极溶解氧量,提高阴极电势,从而提高CW-MFC输出电压,阴极种植了植物的CW-MFC在废水中不含ABRX3时产电最高可超过600 mV,废水中含有ABRX3时产电可到560 mV。阴极植物能够提高阴极层中的微生物量,有利于脱色中间产物在阴极的降解。植物也有利于降低阴极内阻。3)阳极区域对于ABRX3的脱色贡献最大,阳极脱色率最高可达65.32%。共基质是CW-MFC产电和ABRX3脱色所必需的电子供体,但是共基质所提供的电子只有较少的一部分能被用于ABRX3脱色和产电,因此即使在较高的ABRX3负荷下,阳极仍然能够保持良好的脱色以及产电能力。ABRX3具有致毒阳极产电菌,加剧阳极极化,抑制CW-MFC产电的作用。在高ABRX3负荷下,CW-MFC阳极的产电能力会受到明显的负面影响。与阳极相比,ABRX3更易获得电子,因此即使产电性能因缺乏共基质而降低时,依旧能够保持较高的脱色性能。但是完全不含共基质的CW-MFC脱色和产电性能都很低,较适于CW-MFC的共基质是葡萄糖,因为它有较为适宜的分子量和溶解性,相比于乙酸钠等小分子共基质不易立刻在装置底层被降解,有利于阳极层的产电与脱色。4)本研究观察到偶氮染料在空气阴极中的脱色现象,并考察了阴极对ABRX3的脱色能力以及阴阳极之间的相互影响。研究结果表明,阴极下部的缺氧区域为脱色提供了合适的氧化还原电位条件,使从阳极传递至阴极的电子可以在缺氧层中参与偶氮染料的还原反应从而使其脱色。增大阴极面积或者减小外接电阻阻值有助于阴极区域中ABRX3的脱色和阴极交换电流密度的提高,证明增强阴极反应有助于阴极层中ABRX3获得电子被还原。阴极层ABRX3脱色量随着阴极交换电流密度的升高而提高,可达到的最高脱色量为55.07mg/L。同时,增大阴极面积可以显着提高阴极电势和CW-MFC的输出电压。阴阳极之间的相互影响主要体现在:适当提高系统电流强度有利于同时促进阴阳极反应的进行,但电流强度过高则会导致阴极反应被促进而阳极反应被抑制,这与阴极与阳极竞争反应所需电子有关。5)偶氮染料在CW-MFC底层与阳极层中的脱色均是因偶氮键接受电子而被打开的还原反应。脱色后会生成各种芳香胺类物质,包括醇类、酮类、脂类、胺类等。这些脱色中间产物可以在CW-MFC的阳极层和阴极层被进一步降解,生成小分子物质。在CW-MFC的阳极区域,共基质被氧化生成的电子同时供给偶氮染料的脱色和CW-MFC的阳极;阳极所接受的电子通过外电路传递至阴极,一部分在阴极的好氧层中以氧气作为电子受体完成阴极反应,另一部分到达阴极的缺氧层,继续还原剩余的偶氮染料和脱色产物。6)CW-MFC的运行条件和CW-MFC构造因子对ABRX3脱色和同步产电均能产生一定影响。ABRX3在废水中所占比例对脱色效果影响较大;共基质种类和缓冲液(PB)浓度对CW-MFC产电性能的影响较大,共基质种类同时还对脱色产物的进一步降解有较大影响。总得说来,葡萄糖是CW-MFC较为适宜的共基质。CW-MFC的脱色和产电性能随着水力停留时间(HRT)的延长而先升高后下降。当外接电阻最接近CW-MFC内阻时,系统的脱色和产电性能最佳。电极间距主要通过影响CW-MFC的欧姆内阻来影响CW-MFC的产电性能。阴极正投影面积通过影响阴阳极交换电流密度来影响阴阳极的脱色和产电性能,本研究中阴阳极的垂直正投影面积比为3:2时,系统脱色和产电性能达到最佳。(本文来源于《东南大学》期刊2017-09-05）
许明熠[6]（2017）在《耦合厌氧氨氧化技术的生物电化学系统同步脱氮产电机理研究及功能菌群落分析》一文中研究指出厌氧氨氧化(Anammox)工艺可一步同时去除两种氮素污染物,具有高脱氮效率和容积效能,低耗氧量和能耗,菌体耐氮负荷能力强等优势,生物电化学系统可实现污染物去除的同时产电,将二者相耦合,可以在高效去除废水中高浓度氮素的同时,将其化学能转化为电能回收,并有效减少温室气体的排放,具有相当的理论价值和现实意义。本论文通过实验,利用双室微生物燃料电池(MFC),成功建立了阳极脱氮耦合型和阴极脱氮耦合型Anammox-MFC反应器,其均可在高氮素浓度进水条件下运行,耦合后脱氮速率大幅度增加,氨氮、亚硝态氮、总氮去除率均可达99%、94%、85%以上,平均氮去除负荷分别为0.417 kg N/(m3·d)和0.516 kg N/(m3·d)。其脱氮过程均以Anammox反应为基础,同时结合了生物电化学反硝化(BED)过程,因此获得了比传统Anammox工艺更高的总氮去除率。其中,阴极型Anammox-MFC因电化学活性菌(EAB)的引入,产电性能得到显着增强,获得最大输出电压502.2 mV,功率密度240.2mW/m2,产电周期2900 min。针对同步产电性能较好的阴极耦合型Anammox-MFC,本论文研究了阴极耦合型MFC的电极材料、预处理方式、阴阳极电解液浓度等影响因素对产电效果的影响。结果表明,使用石墨毡阳极—碳布阴极时,菌落驯化和产电性能最佳;使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行电极材料的预处理后,电池内阻大大减小,产电能力显着提升。阳极乙酸钠浓度的提高并未使反应器最高输出电压增大,但使产电周期明显延长。在一定范围内,阴极液氮素浓度越高,反应器同步脱氮产电效果越好,在NH4+-N浓度400 mg/L、NO2--N浓度528 mg/L的进水条件下,其性能达到最佳;但当氮素浓度过高时,厌氧氨氧化菌(AnAOB)活性受到抑制,反应器同步脱氮、产电能力下降。应用高通量测序技术,对阳极EAB和阴极AnAOB进行了群落分析。结果表明,耦合前的原始EAB中,具有分布较为平均的红环菌科、气单胞菌科、拟杆菌目和假单胞菌科四种EAB;在耦合后,起主要产电作用的细菌为假单胞菌属和螺旋体属,前者具备更强的产电性能,后者有着更好的耐乙酸盐负荷能力。在乙酸钠浓度为0.01 mol/L时,假单胞菌属比例高达18.3%,菌落产电性能最佳;而在过高浓度的乙酸盐环境下,菌落组成复杂化,拟杆菌目丰度增加,保证了群落的稳定性以应对高COD浓度进水的冲击。而耦合前的原始AnAOB中,主要含有浮霉菌门、变形菌门、绿曲挠菌门和拟杆菌门,菌体稳定,纯度和富集率较高,其中起Anammox作用的优势菌属是Candidatus Brocadia,起BED作用的是变形菌门的Dok59。进行生物电化学耦合后,Anammox和BED过程协同进行。随着氮素浓度的提高,菌落中Dok59丰度逐渐增加,BED过程得到促进,而当氮素浓度过高时,Anammox过程受到抑制,Dok59丰度减小,反应器脱氮率降低,产电能力也因BED过程受到抑制而大大削弱。(本文来源于《华南理工大学》期刊2017-06-11）
刘玥[7]（2017）在《微生物燃料电池的产电机理研究》一文中研究指出微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),是一种利用微生物作为催化剂,直接将有机物的化学能转化为电能,利用生物质来产生可替代能源的装置。产电微生物直接关系到微生物燃料电池的电能产出,但目前对产电微生物的产电过程及相关产电机理尚不清楚,缺少指导调控MFC产电的理论基础。微生物燃料电池的产电现象与其中微生物的胞外电子传递有着直接的关系,要研究其产电机理,首先需要比较研究这类微生物在MFC环境下和在普通培养条件下呼吸代谢的差异,通过此类研究分析来初步揭示其产电机理。其次,微生物燃料电池中微生物种类众多,从中分离出高效产电纯菌进行研究有助于进一步揭示产电微生物的胞外呼吸代谢机理。本论文采用双室MFC,以葡萄糖为基质,通过不同条件的控制来比较研究微生物在MFC条件下的产电代谢机理,并在阳极生物膜上筛选出优势产电纯菌,研究了其产电机理。论文获得的主要研究成果如下:(1)以葡萄糖为单一基质时,微生物在通路及断路情况下对有机物代谢程度差异较大,通路时,微生物对有机物的降解效率更高,基质利用率更好,微生物通过彼此之间的相互协同作用可以对有机物进行更为彻底的氧化分解,并获得更多的细胞生长量。经过断路周期再连通电路时,微生物可以进一步通过产电呼吸将厌氧发酵产生的小分子有机物进行氧化分解,所以产电呼吸与厌氧发酵的结合更有利于微生物对有机物的降解。(2)采用厌氧双层平板法对阳极生物膜上的微生物进行富集分离,为得到优势产电菌,在培养基中加入柠檬酸铁作为胞外电子受体,实验最终得到一株优势产电菌,经biolog鉴定为克雷伯氏菌属的细菌。(3)通过对该纯菌的循环伏安扫描分析,表明该菌具有较强的电化学活性,并且在胞外存在电子受体时就会进行胞外产电呼吸。对该菌培养物进行叁维荧光扫描和比较,发现该菌主要是通过利用所分泌的腐殖质作为胞外电子传递的介体来完成产电呼吸的。铁还原性测试的结果表明过量的3价铁没有给菌株带来额外的增长,该菌对3价铁的还原量有限。(4)论文研究认为,胞外呼吸不是Klebsiella oxytoca在无氧条件下的主要呼吸方式,而是当有外在电子受体存在时细菌进行胞内呼吸的一种辅助方式,即使环境中存在充分的胞外电子受体,也不会带来Klebsiella oxytoca生长量的显着增加,该菌无法从胞外还原中获得足够的生长需要的能量,仍然主要是通过胞内呼吸获得细胞生长所需的能量,有机物氧化所产生的电子只有少部分用于胞外电子受体的还原。(本文来源于《西安建筑科技大学》期刊2017-05-01）
杨扬[8]（2016）在《基于阳极生物膜分布调控的微流体微生物燃料电池传输机理及产电特性》一文中研究指出微生物燃料电池(MFC)是一种利用细菌的代谢作用,高效处理污水中的有机物同时将其直接转化为电能的绿色能源技术。近年来,MFC的体积逐渐缩小到微纳级别,构成了微流体微生物燃料电池(MMFC),其作为一种产电设备和在线分析检测技术,在环境监测、生物分析以及微小电源技术方面具有广阔的应用和发展前景,是微流体能源技术的研究热点之一。现阶段的MMFC主要是对大型电池的按比例缩小,受到阳极侧生物膜分布有限、电池运行成本高昂、电池内阻大以及单位成本下产电功率密度低等问题的困扰;与此同时,电池中涉及到的流动和传输现象并未得到深入研究,特别是在流动条件下微小空间内生物膜的成膜特性尚未阐释清楚。针对以上生物膜分布有限和电池功率低下的问题,本文从工程热物理学科中的流体力学和传质理论出发,立足于微流道内阳极生物膜的分布调控,对MMFC内的传输机理和产电特性展开研究。研究内容主要包括:(1)构建了具有单阳极液入口的Y型MMFC,研究了阳极液浓度、阴极液浓度、反应液流量等运行参数对电池性能的影响,并对阳极侧沿流动方向的生物膜分布进行了观察;(2)构建了不同电池构型的MMFC,从缓解扩散混合区域影响的角度出发,构建了具有渐扩流道结构的MMFC,从生物膜分布、阳极侧内阻、电池产电性能等方面研究了改变流道结构对电池性能的影响;从减薄阳极侧边界层的角度出发,构建了具有多阳极液进口的MMFC,与单阳极液进口电池的产电性能进行了对比;通过控制旁路阳极液进口的开关状态分析了增加阳极进口对电池产电性能的作用机理;(3)构建了新型阳极电极和空气自呼吸式MMFC,基于产电菌附着强化思想,构建了一种基于氮掺杂石墨烯气凝胶的新型叁维阳极材料,分别从材料化学和生物化学的角度对电极进行了表征,并从生物膜附着、阳极电荷迁移和电池产电方面进行了研究;基于流动简化思想,构建了一种单股流体控制下的空气自呼吸式微流体MFC,研究了所合成催化剂的物理化学特性和电催化特性,并分别在连续流和序批条件下进行电池性能测试。本文主要研究成果如下:1)构建了一种基于石墨电极的Y型结构MMFC,电池性能随着阳极入口燃料浓度和阳极液体积流量的增加而呈现先增加后下降的趋势;在入口燃料浓度化学需氧量为1500 mgL~(-1),阳极液流量为10 m L h-1时,输出的最大面积功率密度为618±4 m Wm~(-2）;对阳极侧表面生物膜形貌的观察发现:产电菌形成的生物膜厚度沿流动方向逐渐减薄,即:流体入口段的生物膜厚度要大于充分发展段的相应厚度;2)构建了基于渐扩、平行、渐缩的叁种微流道结构的MMFC,渐扩通道成功避免了扩散混合区的影响,整体上拥有更致密的生物膜分布,同时基于渐扩通道的MMFC在阳极侧电荷迁移阻力最低,其产生的最大面积功率密度为2447.7±38.9m Wm~(-2）,是基于渐缩通道的MMFC的5.29倍(462.7±17.5 m Wm~(-2）)和基于平行通道的MMFC的1.24倍(1980.1±27.5 m Wm~(-2）);3)构建了基于多阳极液进口的MMFC(MMFC-MI),生物膜在微通道内沿流动方向整体呈致密分布,特别是在叁个等间距分布的阳极液入口处,生物膜的分布远远大于单进口MMFC;电池在接种完成后旁路进口关闭状态下MMFC-MI的最大功率密度是打开状态下的85.6%,证实旁路进口的主要作用体现在产电菌富集阶段,而在接种完成后阳极液强化传输的作用相对有限;4)构建了一种基于石墨烯气凝胶(N-GA)的生物阳极材料,其叁维结构和含氮官能团有利于强化产电菌在电极内外表面的附着;同时掺杂氮元素后降低了电子从生物膜表面向电极表面的迁移阻力;基于N-GA生物阳极的微型MFC所能达到的体积功率密度为225±12 Wm~(-3）(正比于腔室体积)和750±40 Wm~(-3）(正比于阳极体积);5)构建了一种单股流体控制下的空气自呼吸式MMFC,同时合成了一种含有丰富官能团的氮掺杂石墨烯气凝胶-活性炭(AC@N-GA)氧还原(ORR)催化剂;该催化剂展现了优良的ORR催化性能,电子转移数达到3.92,H_2O_2产率只有4.5%,以AC@N-GA为催化剂的MMFC连续流条件下最大功率密度为1181.4±135.6 Wm~(-3）,序批条件下最大功率密度为690.2±62.3 Wm~(-3）,产电性能是相同条件下国际报道MMFC的10倍以上。(本文来源于《重庆大学》期刊2016-10-01）
潘可亮[9]（2015）在《新型氧化还原介体强化小球藻降解偶氮染料与产电体系构建及性能和机理研究》一文中研究指出由于微型绿藻胞外电子传递效率较低,无法发挥其环境适应能力强,代谢速率快的优势,难以用于构建高效污染物降解及产电体系。因此,合成与藻类胞外电子传递机理匹配的氧化还原介体,构建氧化还原介体催化强化藻类降解有机污染物及产电体系,将可同时提高藻类降解有机污染物及其产电性能。本论文针对藻类氧化呼吸链及胞外电子传递机理合成了以核黄素为母体的新型氧化还原介体,构建了新型氧化还原介体催化强化小球藻降解偶氮染料体系,并研究了其反应动力学及降解机理；在此体系基础上,通过调控小球藻代谢类型构建了新型氧化还原介体同步强化小球藻降解偶氮染料微生物燃料电池,并对其运行机理及污染物在装置中的转化规律进行了分析,明确了影响电池性能和降解效率的理论依据,实现了对该微生物燃料电池的选择性调控,主要研究内容和结果包括以下几个方面：(1)通过酯化反应及氨基-醛基缩合合成了一系列以核黄素为母体的氧化还原介体,并对其电化学性质及结构进行了分析。结果表明：异咯嗪结构外的修饰对氧化还原介体活性中心几乎不会产生影响。各氧化还原介体具有近乎相同的氧化还原电位(-0.43V)。对其电极反应动力学分析显示,所有氧化还原介体的电极反应速率常数均大于0.1cm×s-1,本体系涉及的电极反应均为可逆过程。(2)构建了新型氧化还原介体催化强化小球藻降解偶氮染料体系,研究了小球藻生长规律及降解偶氮染料动力学及微观机理。通过降解效率及米氏方程计算,证明了其对染料的脱色作用主要由细胞外酶控制。小球藻降解偶氮染料动力学符合一级反应动力学规律。小球藻对叁种偶氮染料甲基橙、橙黄Ⅱ及活性红X-3B的降解速率均提升约1倍,降解效率提升约20%。与催化剂核黄素相比,相同浓度下降解速率可提升约20%,降解效率提升约5%。通过对降解产物进行分析可知,新型氧化还原介体催化强化小球藻降解体系与其原体系具有相同的降解机理,均为偶氮键厌氧条件下加氢还原。(3)利用小球藻具备多种新陈代谢方式的特点,在完全封闭的条件下构建了基于小球藻的新型氧化还原介体强化产电微生物燃料电池。仅通过调节装置不同区域的光照强度使小球藻代谢类型得以调控,实现了单室无分隔物条件下小球藻自养与异养的同时进行。以胞外酶控制胞外电子传递为依据,由磺基水杨酸核黄素酯合亚铁及铁氰化铜为基础构建了全新的电子传递链。实现了电子在系统内的高效传递及阴极电子受体的再生。电池稳定运行电压为0.423V,平均功率密度0.4773W/m2,间接光电转换效率1.36%,较原始系统提升约50倍。系统在与外界不存在任何物质交换的基础上稳定运行超过240d,证明了新型氧化还原介体不仅可作用于关键酶活性位点,还可促进阳极表面电子传递效率。(4)通过调控小球藻代谢类型构建了新型氧化还原介体同步强化小球藻降解偶氮染料微生物燃料电池,实现了电池连续长寿命同步降解偶氮染料及产电。通过去除磺基及加入疏水性基团,合成了具有相同电化学活性的脂溶性自固定亲水氧化还原介体。当以偶氮染料为碳源时,引入水杨基的阳极修饰系统开路电压可达0.72V,最大功率密度0.2620W/m2,库伦效率4.12%；偶氮染料在系统中的降解速率提升约60%。当以醋酸钠为碳源时,其开路电压可达0.76V,最大功率密度0.6728W/m2,库伦效率11.2%。当以偶氮染料为碳源时,引入水杨醛缩对氨基水杨基的系统开路电压可达0.76V,最大功率密度0.3359W/m2,库伦效率6.22%,偶氮染料在系统中的降解速率提升约75%。当以醋酸钠为电子供体时,开路电压可达0.81V,最大功率密度0.8470W/m2,库伦效率14.1%,二者对偶氮染料橙黄Ⅱ及其代谢产物的降解均符合细胞外酶降解规律。亲水性无论在均相或异相中,对氧化还原介体电化学活性的影响相同。引入希夫碱结构可在对亲水性影响较小的情况下大幅增加电极寿命。希夫碱结构在提升电极寿命的同时提升了电子表面传递效率,其对目标产物的降解规律均为亲水性因素主导反应活性。循环伏安分析结果表明,系统电化学性质由外加氧化还原介体控制,新型氧化还原介体作为阳极初级电子受体大幅降低了内部电流对库伦效率的影响,从而提升了电子在电极表面传递的效率。(本文来源于《武汉大学》期刊2015-12-01）
陈慧[10]（2015）在《氨氧化微生物燃料电池除氨产电性能及机理研究》一文中研究指出微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)是利用微生物发电的一种技术,可将蕴含于废水中的化学能直接转化为电能,实现同步治污产电。2013年,我国工农业废水和生活污水的氨氮排放量达245.7万吨,对水环境的污染十分严重。研制氨氧化微生物燃料电池,可同时实现废水除氨和生物发电,这不仅符合我国“节能减排”的环保政策,也符合废水脱氮技术的发展趋势。本文创建好氧氨氧化微生物燃料电池(Aerobic ammonia-oxidizing MFC, AAO-MFC)和厌氧氨氧化微生物燃料电池(Anaerobic ammonia-oxidizing MFC, ANAMMOX-MFC),深入研究了AAO-MFC和ANAMMOX-MFC的除氨产电性能和工作机理,主要结果如下：1、创建AAO-MFC,以硝化基质、中间产物和最终产物的添加-应答试验,研究了这些物质对AAO-MFC的影响,揭示了AAO-MFC的工作机理。以氨氧化菌富集培养物为菌种,创建AAO-MFC,成功实现了同步除氨产电。试验证明,除硝化基质氨外,中间产物(羟胺、亚硝酸盐)亦可作为燃料产电,低剂量NH2OH和NO2-对AAO-MFC产电呈刺激效应,但高剂量NH2OH和NO2对AAO-MFC产电呈抑制效应；最终产物NO3对AAO-MFC也呈抑制效应。AAO-MFC的工作机制为：先由氨氧化菌将NH4+被氧化成NO2-；再由阳极液中的NO2-与阴极液中的K2MnO4构成化学电池输出电流,换言之,AAO-MFC产电并非只是人们所预期的生物作用,而是生物反应与化学反应的联合作用。2、创建ANAMMOX-MFC,研究了阳极电势对ANAMMOX-MFC的影响,揭示了ANAMMOX-MFC的微生物学机理。以厌氧氨氧化菌富集培养物为菌种,创建ANAMMOX-MFC,成功实现了同步脱氮产电,总氮去除速率为0.913±0.027 kgN m-3d-1,最大输出功率密度为2.54mW/m2。阳极电势不显着影响ANAMMOX-MFC的脱氮性能,但显着影响ANAMMOX的产电性能,上调或下调阳极电势均降低ANAMMOX-MFC的产电能力,且上调阳极电势会加剧阳极表面微生物的死亡,增大MFC内阻。阳极电势显着影响脱氮产电菌群组成,上调或下调阳极电势后, ANAMMOX-MFC中的优势厌氧氨氧化菌由Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia共居状态转变为Candidatus Kuenenia独居状态。(本文来源于《浙江大学》期刊2015-03-01）
产电机理论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种将生物化学能转化为清洁电能的电化学装置。MFC中阳极电化学活性菌催化利用有机底物完成自身代谢的同时,部分电子经阳极转移到外电路中完成了能量的转化。在此过程中,微生物的产电呼吸也对污水实现了净化。产电微生物作为MFC工作的催化剂将直接影响其产电效率,然而其产电过程中的电子传递机理尚不清楚使MFC应用过程中的调控缺乏理论基础。本论文从接种西安市第四污水处理厂活性污泥且运行稳定的MFC阳极生物膜上,筛选出了四株电化学活性菌,对电化学活性最强的一株菌进行了产电性能及电子传递机理研究。论文获得的主要研究结果如下:(1)接种西安市第四污水处理厂活性污泥构建起的MFC迅速启动成功、输出电压稳定、产电性能良好,其最高功率密度就达到了9400 mW·m~(-2)。利用铁还原培养基从MFC阳极生物膜中筛选获得一株高效产电细菌F4。经16SrDNA鉴定其为克雷伯氏属细菌,序列登陆号为TD665W2E016。菌株F4为革兰氏阴性杆菌;pH 7.0、35℃的无氧环境最适宜其生长,按体积比20%接种菌株F4菌液构建的MFC,最大功率密度达3803mW·m~(-2)。(2)蒸发耗散及压差迁移对双室微生物燃料电池两腔液量影响微小,生物代谢及电渗拖拽是造成双室微生物燃料电池两极极室液位差的主要原因。MFC运行中水传递量与输出电压正相关,电压越大阴阳极间水传递量越多,阳极液位的下降速度越快。通过液量变化计算得本系统的质子传递率大于54%,电池性能良好。(3)通过更换阳极基质发现,菌株F4构建的MFC产电过程中会产生大量电子介体,协助胞外电子传递,且该介质可重复利用。通过添加不同抑制剂发现,鱼藤酮对菌株F4氧化峰影响最大,即抑制了电子的给出,其次是抗霉素A,迭氮化钠的抑制效果最弱。由此推断胞内电子传递途中NADH脱氢是产生电子的主要源头,随后经Co Q进入Q循环,在Q循环中一部分电子直接交给铁硫蛋白ISF由细胞色素c传递到胞外电子受体,另一部分电子参与Q_i位点半醌自由基的还原产生Q/QH_2等物质,该类物质可以作为电子载体协助电子传递到胞外电子受体。胞外与胞内电子传递途径探索结果表明,菌株F4的电子传递方式是以分泌电子介体协助产电为主,直接接触电极通过细胞色素c传递电子为辅。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
产电机理论文参考文献
[1].孔志远.厌氧氨氧化微生物燃料电池同步脱氮产电性能及机理研究[D].内蒙古大学.2019
[2].尹越.高效产电菌的筛选及电子传递机理研究[D].西安建筑科技大学.2018
[3].陈桐清.产电型人工湿地对典型PPCPs的去除作用及机理解析[D].东南大学.2018
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[6].许明熠.耦合厌氧氨氧化技术的生物电化学系统同步脱氮产电机理研究及功能菌群落分析[D].华南理工大学.2017
[7].刘玥.微生物燃料电池的产电机理研究[D].西安建筑科技大学.2017
[8].杨扬.基于阳极生物膜分布调控的微流体微生物燃料电池传输机理及产电特性[D].重庆大学.2016
[9].潘可亮.新型氧化还原介体强化小球藻降解偶氮染料与产电体系构建及性能和机理研究[D].武汉大学.2015
[10].陈慧.氨氧化微生物燃料电池除氨产电性能及机理研究[D].浙江大学.2015
标签：厌氧氨氧化; 微生物燃料电池; 厌氧氨氧化同步反硝化; 后续碳源;