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微生物燃料電池畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(文件)

 

【正文】 tput of bioelectrochemical fuelcells containing Anabaena variabilis M2: Mechanism of the postillumination burst[J]. 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文24J Chem Technol Biotechnol., 1988, 42:235–240.[13] Yagishita T, Horigome T, Tanaka K. Effects of light, CO2, and inhibitors on the current output of biofuel cells containing the photosynthetic anism Synechococcus sp[J]. J Chem Technol Biotechnol., 1993, 56:393–399.[14] Yagishita T, Sawayama S, Tsukahara K I, Ogi T. Performance of photosynthetic electrochemical cells using immobilized Anabaena variabilis M3 in discharge/culture cycles[J]. J Ferment Bioeng., 1998, 85:546–549.[15] Gorby Y A, Yanina S, McLean J S, Rosso K M, Moyles D,Dohnalkova A, Beveridge T J, Chang I S, Kim B H, Kim K S et al. Electrically conductive bacterial nanowires produced by Shewanella oneidensis strain MR1 and other microanisms[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2022, 103:11358–11363.[16] Yongjin Zou, John Pisciotta, R. Blake Billmyre, Ilia V. Baskakov. 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Nature, 1939, 143:204?205.[19] Schro168。 展望近年來(lái),光合微生物燃料電池的研究開(kāi)始復(fù)興,其中尤以微藻型微生物燃料電池占為主導(dǎo),而其中的微藻生物陰極型MFC 因可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水處理、零碳排放、 CO2捕捉、太陽(yáng)能捕獲及電能、生物柴油、藻體殘?jiān)扔袃r(jià)回收的多重效果,再度成為一大研究熱點(diǎn)。(mg/L)運(yùn) 行 時(shí) 間 (d) 溶 氧圖 33 正常運(yùn)行期陰極溶氧的變化情況Figure 33 Normal operation of the cathode changes in dissolved oxygen第三章 結(jié)果與討論190501015020250305101520 溶 氧電 壓運(yùn) 行 時(shí) 間 (d)溶氧值(mg/L) 024068012022601820電壓(mV)圖 34 加藻期陰極溶氧與電壓的變化情況Figure 34 Plus algae and voltage of the cathode changes in dissolved oxygen05010150202503051015202530 溶 氧電 壓運(yùn) 行 時(shí) 間 (h)溶氧值(mg/L) 50150250350450電壓(mV)圖 35 換載鉑電極期陰極溶氧與電壓的變化情況Figure 35 Pt electrode for dissolved oxygen and voltage of the cathode changes05010150202505101520 溶 氧電 壓運(yùn) 行 時(shí) 間 (h)溶氧值(mg/L) 50150250350450電壓(mV)南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文20圖 36 持續(xù)光照期陰極溶氧與電壓的變化情況Figure 36 Constant illumination of the cathode voltage changes in dissolved oxygen 第四章 結(jié)論與展望21第四章 結(jié)論與展望 結(jié)論本文利用自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的陰極利于小球藻生長(zhǎng)的 MFC 反應(yīng)器作為實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,首先以正常陰極液對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行,待陽(yáng)極產(chǎn)電菌富集成熟,電池產(chǎn)電穩(wěn)定以后分別考察了陰極正常運(yùn)行期、陰極加藻期、陰極換載鉑電極期、陰極持續(xù)光照期這四個(gè)不同周期運(yùn)行條件下該 MFC 的產(chǎn)電情況、陰極小球藻的生長(zhǎng)情況、陰極溶氧情況及陽(yáng)極人工廢水的COD 處理情況,得出主要結(jié)論如下: (1)當(dāng)陰極投加小球藻后,MFC 的輸出電壓呈現(xiàn) “光升暗降”的規(guī)律波動(dòng),光階段的平均輸出電壓及最大輸出電壓分別為 、 ,分別為陰極正常運(yùn)行期時(shí)的 倍和 倍,有了明顯的提高;陰極換載鉑電極后輸出電壓變化規(guī)律同陰極加藻期,但是產(chǎn)電水平較之有了更大幅度的提高,光階段平均輸出電壓為 460mv,最大輸出電壓為 ,分別為陰極加藻期的 倍和 倍;陰極持續(xù)光照后產(chǎn)電不再出現(xiàn) “光升暗降”的變化規(guī)律,而是緩慢持續(xù)下降,最大輸出電壓為 。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,將小球藻放至 MFC 的陰極室進(jìn)行培養(yǎng),并不會(huì)對(duì)其造成毒害,小球藻生長(zhǎng)情況良好。單面載鉑) ,考察電池的產(chǎn)電情況、陰極藻液的生長(zhǎng)及溶氧情況、陽(yáng)極人工廢水的處理情況;(5)MFC 陰極持續(xù)光照期:待上一周期產(chǎn)電水平開(kāi)始下降后,更換陽(yáng)極液,更換陰極藻液(初始 OD=) ,將陰極藻的間歇光暗培養(yǎng)改為持續(xù)光照,考察電池的產(chǎn)電情況、陰極藻液的生長(zhǎng)及溶氧情況、陽(yáng)極人工廢水的處理情況;第三章 結(jié)果與討論15第三章 結(jié)果與討論 各周期輸出電壓的情況如圖 31 所示為各周期 MFC 的產(chǎn)電情況,當(dāng) MFC 陰極正常運(yùn)行期時(shí),輸出電壓在14h 后達(dá)到 90mv,之后電壓繼續(xù)上升至最大輸出電壓 100mv,然后電池平均產(chǎn)電水平維持在 90mv 左右,持續(xù)時(shí)間約 244h 左右,接著電池產(chǎn)電水平緩慢下降,在平均電壓為80mv 左右維持了 149h 左右后,電壓開(kāi)始持續(xù)下降至 50mv 左右;MFC 陰極投加小球藻后,電壓出現(xiàn)明顯的“光升暗降”的規(guī)律波動(dòng),即小球藻光照階段電壓上升,暗培養(yǎng)階段電壓下降,分析原因?yàn)?,在光照階段小球藻進(jìn)行光合作用釋放氧氣,加快了陰極的氧還原速率,因此產(chǎn)電水平得以提高,而在暗培養(yǎng)階段,小球藻因?yàn)楹粑饔眯枰拇罅康难鯕?,因此陰極液中溶氧水平下降,電池產(chǎn)電被抑制,導(dǎo)致電壓下降。 pH 值通過(guò)上海盛磁 pH 計(jì)測(cè)定。MFC 應(yīng)用于廢水處理,因此 MFC 對(duì)廢水的處理效果同樣是衡量 MFC 性能的重要參數(shù)。7H2O 10mLNa2CO3 10mL微量金屬元素母液 1mL維生素 測(cè)定指標(biāo)及方法(1) 、電壓和電流實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,微生物燃料電池的電壓由南京賀普 HPXY8B 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)。5℃)下運(yùn)行,電池負(fù)載 1000 歐,陽(yáng)極液初始 COD=1000mg/L。2H2O Na2Wo46H2O CuSO4南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文10圖 21 小球藻生物陰極型微生物燃料電池體系示意圖Figure 21 Chlorella Bio cathode microbial fuel cell system schematic 實(shí)驗(yàn)方法 MFC 的接種及啟動(dòng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以長(zhǎng)期運(yùn)行 MFC 陽(yáng)極出水及陽(yáng)極碳?xì)稚细街纳锬?MFC 陽(yáng)極菌種來(lái)源,陽(yáng)極出水接種量為 200mL。此MFC技術(shù)一旦進(jìn)入市場(chǎng)化運(yùn)作,將會(huì)對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題的解決帶來(lái)不可估量的作用和社會(huì)價(jià)值。在采用污水作為原料的MFC中,通過(guò)陽(yáng)極的微生物修飾,將有效提高電池的輸出功率 [27,28],同時(shí)對(duì)MFC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)優(yōu)化,從而提高性能降低生產(chǎn)運(yùn)行成本,也是目前其發(fā)展改進(jìn)的一個(gè)大趨勢(shì)。為了使人類使用的能源能穩(wěn)定持久的供應(yīng),為了保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境,近一段時(shí)間以來(lái),新能源的研制開(kāi)發(fā)受到普遍的重視,各國(guó)都在加快步伐開(kāi)發(fā)代替現(xiàn)有能源的清潔能源。首先對(duì)小球藻陰極半電池的可行性進(jìn)行驗(yàn)證:以亞鐵氰化鉀作為陽(yáng)極半電池電子供體的條件下構(gòu)建的小球藻生物陰極型MFC,獲得70mv輸出電壓、(以陰極表面積計(jì)) 功率密度、( 以干藻重計(jì) )電流輸出;隨后陽(yáng)極以Saccharomyces cerevisiae(釀酒酵母菌 )發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)乙醇,陰極光合培養(yǎng) Chlorella vulgaris的方式構(gòu)建了一個(gè)兩極完全微生物燃料電池, ,分析結(jié)果表明相對(duì)于陽(yáng)極酵母菌的快速生長(zhǎng),陰極小球藻的緩慢生長(zhǎng)速率是產(chǎn)電的主要限制因素;以上述研究為基礎(chǔ),提出了以某生物乙醇制造廠已有發(fā)酵罐作為MFC電池系統(tǒng)的陽(yáng)極半電池,在其周圍建立小球藻光生物反應(yīng)器陰極半電池的MFC綜合系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)想,并進(jìn)行了應(yīng)用策劃和經(jīng)濟(jì)可行性分析評(píng)估。分析結(jié)果證明正是微藻等光合自養(yǎng)微生物產(chǎn)生的有機(jī)物供給了異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)及產(chǎn)電,但光合作用的產(chǎn)物O 2也會(huì)對(duì)異養(yǎng)產(chǎn)電微生物的產(chǎn)電有所抑制。 藻菌協(xié)同產(chǎn)電方式藻菌協(xié)同產(chǎn)電是光合自養(yǎng)的微藻與異養(yǎng)產(chǎn)電的微生物一起在MFC陽(yáng)極室中光照培養(yǎng),微藻光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物(例如分泌的多糖)供給異養(yǎng)產(chǎn)電微生物進(jìn)行氧化分解,MFC通過(guò)這種藻菌增效的方式進(jìn)行產(chǎn)電。h(以培養(yǎng)室體積計(jì))。此MFC中H2/H+(電極催化 H2氧化產(chǎn)生H +和電子)承擔(dān)了電子介體的作用,將微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的電子傳遞給陽(yáng)極電極,1964年Berk等 [6]對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證。Zou等 [16]利用一單室MFC 接種含藻淡水
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