玉米秸秆在电化学辅助微生物厌氧系统中的转化和产电特性研究

【摘要】：电化学辅助的微生物厌氧体系(EMAS)能够以秸秆为生物质源材料,获取多种形式的产物(如H_2、CH_4等),并且具有效率高、成本低、能量转化率高等优点。构建与驯化高效的以秸秆为底物的微生物燃料电池体系(MFC)是构建EMAS实现秸秆综合利用的必要步骤和关键技术之一。 将秸秆粉碎后直接投加到微生物燃料电池体系中,利用两种不同构型的反应器,即碳刷阳极空气阴极瓶型反应器与碳刷阳极空气阴极立方体反应器,构建秸秆作为“燃料”的微生物燃料电池体系。实验中所用微生物燃料电池系统均使用50mM磷酸盐缓冲体系,以纤维素糖化菌群H C作为主要秸秆降解菌群,原位利用秸秆产电。以1g/L葡萄糖为底物时,瓶型反应器最大输出功率为651±10mW/m~2,投加H C菌群与玉米秸秆粉末后,最大输出功率为599±15 mW/m~2,稳定周期的秸秆平均降解率为31%;立方型反应器最大输出功率为769±3mW/m~2,投加H C菌群与玉米秸秆粉末后受传质影响,反应器的电压波动较大,最大输出功率降低至444±36mW/m~2。立方体秸秆平均降解率为17%。结果显示,在可溶性底物条件下,立方体性能较好,但由于传质影响,在利用秸秆固体方面,瓶型反应器优于立方型反应器。 利用纤维素糖化菌群H C,微生物燃料电池系统外降解秸秆,过滤收集0~14日秸秆降解液,构建秸秆降解液作为“燃料”的微生物燃料电池体系。在14天的降解过程中,降解液COD呈波动上升状态,在第12天COD峰值达到2022mg/L。整个降解期间出现了三个明显的降解速率较高的时间段,分别出现在第3、7和12天附近。将秸秆降解液作为底物接入到微生物燃料电池体系中,秸秆降解液的最大功率输出与葡萄糖为底物时相比略低,但12、13两天采集的秸秆降解液作为底物时的最大功率密度( 820.5±31.6mW/m~2 ,851.1±13.5mW/m~2)输出高于葡萄糖为底物时的最大功率密度(802.5±19.4 mW/m~2)。电位分析结果显示,与葡萄糖为底物的反应器阳极电位相比,秸秆降解液的水解产物能使反应器的阳极电位保持在一个更低的水平,更有利于阳极微生物的生长与产电,但是由于降解液使得反应器阴极电位有所下降,导致秸秆降解液最大输出功率略低于葡萄糖。实验结果证实:利用秸秆降解液作为底物构建MFC体系是可行的,选取适当时间的秸秆降解液作为底物,可以获得优于葡萄糖对照的产电性能。 启动放大的微生物燃料电池反应器为后续建立可应用于实际的EMAS体系利用秸秆及秸秆降解液为潜在资源创造条件。反应器的阳极采用碳刷,阴极采用空气阴极,容积250L。以生活污水为进水,经过450h的驯化,获得了0.14~0.18A的稳定输出电流。在生活污水中掺杂40%秸秆降解液后,通过极化曲线的测定,反应欧姆内阻仅为2.5±0.2Ω,最大功率输出为58mW (0.93W/m~3)。放大微生物燃料电池系统的成功设计启动,可以使基于MFC技术的秸秆综合利用研究更具有实际意义。 【关键词】：微生物燃料电池 大型化 玉米秸秆 产电 纤维素糖化菌群
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 国内外能源形势11
• 1.2 微生物燃料电池技术发展现状11-18
• 1.2.1 微生物燃料电池产电机理11-14
• 1.2.2 微生物燃料电池的优势和主要限制因素14-15
• 1.2.3 微生物燃料电池底物发展现状15-18
• 1.3 秸秆综合利用研究现状18-21
• 1.4 研究内容和技术路线21-22
• 1.5 课题来源22-23
• 第2章 实验材料与方法23-33
• 2.1 实验材料23-24
• 2.1.1 秸秆成分与来源23
• 2.1.2 纤维素降解菌23-24
• 2.1.3 产电菌菌源24
• 2.1.4 磷酸盐缓冲溶液24
• 2.2 仪器与药品24-27
• 2.2.1 MFC 反应器24-26
• 2.2.2 仪器与药品26-27
• 2.3 分析与测量方法27-33
• 2.3.1 数据采集与计算方法27-29
• 2.3.2 测量方法29-33
• 第3章 秸秆为MFC 底物的产电性能研究33-43
• 3.1 空气阴极催化性能评价33-34
• 3.2 瓶型MFC 秸秆产电性能研究34-38
• 3.2.1 瓶型MFC 利用葡萄糖产电34-36
• 3.2.2 瓶型MFC 秸秆产电性能36-38
• 3.3 立方体MFC 秸秆产电性能研究38-41
• 3.3.1 立方型MFC 接种与启动38-40
• 3.3.2 立方体MFC 秸秆产电性能40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 秸秆降解液为MFC 底物的产电性能研究43-56
• 4.1 秸秆降解液的制备43-46
• 4.1.1 秸秆降解液的接种43
• 4.1.2 秸秆培养基及菌源液接种本底值43
• 4.1.3 秸秆回收方法与回收率43-44
• 4.1.4 秸秆降解液特征分析44-46
• 4.2 立方体微生物燃料电池系统启动46-48
• 4.2.1 空气阴极性能评价46-47
• 4.2.2 立方型MFC 产电性能47-48
• 4.3 MFC 利用秸秆水解液产电性能分析48-50
• 4.3.1 秸秆水解液适应期48-49
• 4.3.2 秸秆降解液产电性能研究49-50
• 4.4 秸秆水解液产电性能综合评价50-55
• 4.4.1 功率输出性能50-51
• 4.4.2 电极电位和反应器内阻变化51-52
• 4.4.3 反应器电压和周期变化52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 放大微生物燃料电池设计与启动56-65
• 5.1 大型微生物燃料电池系统设计56-58
• 5.1.1 电池系统主体结构56-57
• 5.1.2 单个电池模块的进水方式57-58
• 5.2 放大的微生物燃料电池系统接种与启动58-59
• 5.2.1 系统接种菌源与运行条件58
• 5.2.2 系统启动期电压产生与变化58-59
• 5.3 放大的微生物燃料电池系统运行参数与电能输出59-64
• 5.3.1 系统运行前期进出水参数59-61
• 5.3.2 系统电能输出性能61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果70-73
• 致谢73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

秸秆资源化利用的技术经济分析    刘乐;鞠美庭;李维尊;王雁南;

微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响    黄霞;范明志;梁鹏;曹效鑫;

秸秆生物质能源的应用现状与前景    娄玥芸;张惠芳;

阳极初始电势对微生物燃料电池产电的影响    范明志;梁鹏;曹效鑫;黄霞;

填料型微生物燃料电池产电特性的研究    梁鹏;范明志;曹效鑫;黄霞;黄正宏;王诚;

2种不同结构的微生物燃料电池的产电性能比较    骆海萍;刘广立;张仁铎;

单室型微生物燃料电池处理黄姜废水的性能研究    王超;薛安;赵华章;张宝刚;倪晋仁;

基于微生物燃料电池技术的多元生物质生物产电研究进展    冯玉杰;王鑫;李贺;杨俏;曲有鹏;史昕欣;刘佳;何伟华;解明利;

降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究    张翠萍;王志强;刘广立;骆海萍;张仁铎;

以玉米秸秆为底物的纤维素降解菌与产电菌联合产电的可行性    冯玉杰;王鑫;王赫名;于艳玲;李冬梅;

污水处理厂能耗分析与节能技术研究进展    王夙;刘峻;

产电微生物与微生物燃料电池研究进展    赵丽坤;闫蕾蕾;李景晨;吕莹莹;郝耀彤;

关于微生物燃料电池底物的研究进展    梁吉虎;高自良;于建生;

能源性微生物的研究现状与应用前景    庞凤仙;崔彦如;安明哲;张永锋;

微生物燃料电池阳极碳材料对产电性能的影响    周玲;李萍;颜幼平;

可利用蓝藻产电的沉积型微生物燃料电池的构建与启动    陈辉;赵娟;吴瑾妤;李秀芬;陈坚;

盐桥管径对微生物燃料电池处理啤酒废水的影响    徐苏莉;杨保俊;俞志敏;吴克;刘盛萍;

微生物燃料电池技术发展及其应用前景    杨敬东;苟兴华;王跃华;

应用需盐脱硫弧菌的微生物燃料电池发电研究(英文)    丁平;邵海波;刘光洲;段东霞;麻挺;陈嗣俊;王建明;张鉴清;

生物燃料电池的研究进展    辛存良;马晓燕;李冬梅;

微生物电化学系统中新型空气阴极材料及效能评价    刘佳;王鑫;冯玉杰;

微生物燃料电池用于污水处理研究的现状和展望    陶虎春;倪晋仁;易丹;林立;

污水处理能耗分析比较及节能趋势探讨    张清海;梁文劲;贾晓珊;

河南省城市污水处理厂能耗物耗统计与影响因素分析    高建磊;闫怡新;吴建平;

基于微生物燃料电池技术的多元生物质生物产电研究    冯玉杰;王鑫;李贺;王赫名;杨俏;刘尧兰;王欣;

生物质发电厂燃料检测在线分析系统研制与应用    张学锋;龚光华;叶华俊;杨伟伟;陈智锋;周新奇;

粪产碱杆菌在不同电极电势下的生长    余萍;李艳;鲁安怀;

Improving Electricity-Producing Performance of a Microbial Fuel Cell by Applying Magnetic Field    

炼厂含油废水微生物燃料电池的构建与运行    郭璇;詹亚力;郑贝贝;郭绍辉;闫光绪;

微生物燃料电池同步降解偶氮染料和产电的特性与机理    孙健

功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究    莫光权

电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用    王凯鹏

人工湿地减排温室气体估算研究    潘涛

三沟式氧化沟工艺数值模拟与优化运行研究    杨跃

折流板管状空气阴极微生物燃料电池构建及产电特性研究    李贺

微生物燃料电池能量特性研究    张培远

中国玉米经济：供给与需求分析    邵飞

有机废水微生物电解产氢研究及电极微生物功能解析    刘文宗

基于节能减排的改良型氧化沟流场优化与污泥制备建材的探索    杨晓

微生物燃料电池处理难降解有毒废水实验研究    孙茜

海底沉积物微生物燃料电池阳极表面改性及电极构型研究    李建海

以葡萄糖为原料的微生物燃料电池产电特性研究    殷赟

基于pH调控的蓝藻水处理微生物燃料电池产电特性研究    吴瑾妤

组合微生物燃料电池对废水的除碳脱氮产电性能研究    李亮

微生物燃料电池的PCP共代谢降解动力学    甘琳琳

提高微生物燃料电池性能的电极材料研究    迟美玲

双室无介体型微生物燃料电池在BOD传感器中的研究初探    孙世昌

盐桥连接下微生物燃料电池阳极材料及其应用的研究    周玲

双室型微生物燃料电池在制浆废水处理中的应用研究    赵世辉

北欧国家的生物质能开发及启示    汪业林;

秸秆发电需慎行    许昌明;

秸秆转化为交通能源的应用概述    程东祥;于光;赵虹;

秸秆还田技术的方式及影响    李启海;

秸秆燃料价值综合利用技术研究    罗建勤;

用不同氨源氨化秸秆的经济性分析与对策    郭佩玉;谭淑芳;夏建平;周雅娟;李道娥;

玉米秸秆缓冲包装材料的研究    高德;常江;巩雪;

发展农作物秸秆饲料的多重效益分析研究    林文俏;

城市污水处理能耗能效研究进展    高旭,龙腾锐,郭劲松

我国生物质秸秆资源利用现状及展望    杜谋涛;袁晓东;郭和军;

农作物秸秆资源化技术与再生能源资源的可持续利用    纵瑞收;李峰;李华;

黄姜资源化综合利用工艺、机理及应用研究    韩枫

秸秆资源评价与利用研究    毕于运

以Shewanella decolorationis S12构建的单室微生物燃料电池产电特性研究    李登兰

利用玉米浸泡液产电的微生物燃料电池研究    卢娜;周顺桂;张锦涛;倪晋仁;

用高浓度对苯二甲酸溶液产电的微生物燃料电池    叶晔捷;宋天顺;徐源;陈英文;祝社民;沈树宝;

直接微生物燃料电池的影响因素    宋天顺;叶晔捷;徐源;陈英文;沈树宝;

加入多孔球形颗粒微生物燃料电池的性能研究    王晖;杨平;郭勇;廖勋;李小芳;汪莉;

微生物燃料电池阳极产电菌的选育    黄燕新;李萍;颜幼平;

微生物燃料电池构造研究进展    李登兰;洪义国;许玫英;罗慧东;孙国萍;

黄姜废水微生物燃料电池产电去污性能研究    李辉;朱秀萍;许楠;倪晋仁;

AFB-MFC系统有机基质降解及产电模型    黄健盛;杨平;郭勇;

基质浓度·电极距离·离子强度对MFC影响的研究    刘莹;徐惠忠;韩京龙;张章堂;陈博彦;

pH值对猪粪废水微生物燃料电池产电性能的影响    郑宇;李天宏;周顺桂;舒灿伟;覃环;袁勇;

同步降解偶氮染料与产电的微生物燃料电池长期运行性能    孙健;胡勇有;侯彬;张亚平;

菌株Dysgonomonas mossii的分离及产电特性    李颖;孙永明;孔晓英;李连华;杨改秀;袁振宏;

利用U型空气阴极微生物燃料电池加速盐碱土石油烃降解    王鑫;蔡章;周启星;张志能;陈翠红;

挂膜方式对微生物燃料电池性能的影响    王井玉;黄卫民;王璇;林海波;

微生物燃料电池生物阳极的五氯酚共代谢降解    黄丽萍;郭瑞;甘琳琳;王宁;

微生物燃料电池阴极催化剂的研究进展    杨改秀;孔晓英;孙永明;

废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展    孙健;

微生物作为阴极催化剂强化微生物燃料电池同步偶氮染料脱色与产电性能的研究    侯彬;胡勇有;孙健;

床层膨胀高度对厌氧流化床微生物燃料电池产电性能的影响    岳学海;赵书菊;郭庆杰;王许云;

不同底物对微生物燃料电池产电性能的影响    孔晓英;孙永明;李连华;李东;杨改秀;

微生物也可发电    记者 路平

在中国市场实施本地化战略    本报记者 胡洪森

微生物燃料电池有很大挖掘空间    记者 符王润 通讯员 曾晓舵 李洁尉 刘静

LS产电开创2009全新多赢局面    崔银子

微生物燃料电池处理污水发电两不误    

微生物燃料电池：处理污水发电两不误    萧潇

LS产电以创新引领产业标准    韩鸣

LS产电护航企业级配电网络    郭文

LS产电Susol系列ACB登陆中国市场    赵圣受

与客户携手创造更高价值    本报记者 邓立圣

微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用    曹效鑫

微生物燃料电池能量特性研究    张培远

功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究    莫光权

微生物燃料电池中多元生物质产电特性与关键技术研究    王鑫

微生物燃料电池中多元生物质产电特性与关键技术研究    王鑫

电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用    王凯鹏

折流板管状空气阴极微生物燃料电池构建及产电特性研究    李贺

微生物燃料电池的电子传递方式及其在典型有机污染物降解中的应用研究    杨永刚

微生物燃料电池同步降解偶氮染料和产电的特性与机理    孙健

电催化电极材料制备及应用于污水处理的研究    温青

玉米秸秆在电化学辅助微生物厌氧系统中的转化和产电特性研究    何伟华

以葡萄糖为原料的微生物燃料电池产电特性研究    殷赟

海洋沉积物中产电微生物筛选及其应用基础研究    赵伟

微生物燃料电池的阻抗特性以及在生物阴极实现硝化的研究    史海凤

基于泡沫金属电极的微生物燃料电池产电性能研究    吴自润

微生物燃料电池系统的技术研究与结构优化设计    亓召琴

海底沉积物微生物燃料电池模型的建立及一株海洋细菌新种的分类鉴定    李永霞

微生物燃料电池及介孔磷酸锆阳极材料的电化学研究    张领艳

单室空气阴极微生物燃料电池性能优化基础研究    陈禧

基于废水处理的微生物燃料电池的研制及基础研究    陈立香