環(huán)境生物ppt課件(參考版)
2025-01-20 18:00本頁面
【正文】 生物燃料電池存在的問題與前景 E N D 謝 謝 。 總之， MFC的替代能源的發(fā)展，微傳感器的研究和水處理工藝的開發(fā)是一個(gè)良好的前景，但是，在改善電化學(xué)性能的提高電池的輸出功率密度和更低的成本，電池還需要繼續(xù)探索深度。 ? 作為一個(gè)新的水處理工藝 目前，由于燃料有機(jī)廢水，有機(jī)物質(zhì)循環(huán)中的化學(xué)能的污水一直是 MFC的這項(xiàng)研究的主要目的，但在研究中，污水處理后的 MFC的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，以便為新的污水處理技術(shù)開發(fā)的研究人員到 MFC基本工作原理產(chǎn)生了濃厚的興趣。② 電池的電流對污水響應(yīng)速度更快 。 ? 生物修復(fù) ? 在航空航天上的使用，目前已應(yīng)用于宇宙飛船。④ 利用微生物燃料電池的特殊環(huán)境未培養(yǎng)細(xì)菌的富集。② 傳感器 。 3）陽極必須支持高效率的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制 ，因此了解之間的相互作用，孔隙度，比表面積，以及電子和質(zhì)子電導(dǎo)率 至關(guān)重要。目前的酶燃料電池的效率是比較低的，只能用單一的酶和將燃料部分氧化。但孔太小，液態(tài)燃料的傳送也就成了一個(gè)問題。近來，通過把酶封裝在膠束聚合物中，可以使其活性延長到一年以上，這個(gè)膠束為酶提供了合適的 PH還有生物可容性的環(huán)境，防止其變性 焦點(diǎn) 如何提高酶生物燃料電池的效率 三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)： ? 1）生物燃料電池陽極需要是三維的，這樣就 有足夠的敏感度。無介體酶生物燃料電池采用導(dǎo)電聚合物作為酶固定材料 ?2）第二關(guān)鍵是延長固定化酶的活性時(shí)間。 生物酶燃料電池的最新研究進(jìn)展 ? 1）其中一個(gè)最重大的進(jìn)展，就是生物燃料電池的生物陽極和生物陰極使用了新的技術(shù)，用直接電子轉(zhuǎn)移取代了以前的間接電子轉(zhuǎn)移。 酶燃料電池的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 酶燃料電池原料來源廣泛、生物相容性好、在常溫常壓和中性溶液環(huán)境中工作、可以用多種天然有機(jī)物作為燃料，是一種可再生的綠色能源，可為微型電子裝置提供電能。 單極室酶燃料電池簡化了酶燃料電池結(jié)構(gòu)，不僅可以制備出體積極小的微型酶燃料電池，同時(shí)具有很好的生物相容性。因此近年來人們開始致力于無隔膜酶生物燃料電池研究。 酶燃料電池的工作原理 兩極室酶燃料電池 兩極 室酶燃料電池原理 用電子介體修飾的葡萄糖氧化酶電極作為電池的陽極 ,固定化微過氧化物酶 11電極作陰極，電池工作時(shí) ,在 GOx 的輔因子 FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸 )的作用下葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸內(nèi)酯并最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸 ,產(chǎn)生的電子通過介體轉(zhuǎn)移到電極上 ,H+透過隔膜擴(kuò)散到陰極區(qū)；在陰極區(qū) ,H2O2 從電極上得到電子 ,在 MP11 的作用下與 H+反應(yīng) ,生成 H2O。近年來 , 隨著修飾酶電極技術(shù)的發(fā)展 ,大多數(shù)酶燃料電池研究工作均采用正、負(fù)電極均為酶電極的結(jié)構(gòu)。后者由于催化效率高、受環(huán)境限制小等優(yōu)點(diǎn)而具有更廣泛的用途。以有機(jī)廢水 (如淀粉廠出水 )為燃料建立微生物燃料電池，試圖分離所需菌種。要達(dá)到普遍應(yīng)用的目的，急需發(fā)現(xiàn)能夠使用廣泛有機(jī)物作為電子供體的高活性微生物。 ? ④ 利用微生物燃料電池的特殊環(huán)境進(jìn)行未培養(yǎng)菌的富集。 ? ② BOD傳感器 。 微 生物燃料電池的應(yīng)用： 1）廢水處理 2）產(chǎn)氫 3）海底設(shè)備供電 利用沉積物作為一個(gè)遠(yuǎn)程電源在海底或供電的數(shù)據(jù)采集設(shè)備或服務(wù)的一個(gè)加油站。 ? (2)內(nèi)阻的因素 ,主要來自電解液的離子阻力 ,電極與接觸物質(zhì)產(chǎn)生的電阻 ,以及 PEM所產(chǎn)生的內(nèi)電阻 。 ? 間接 MFC：需要外源中間體參與代謝，產(chǎn)生電子才能傳遞到電極表面，如脫硫弧菌、普通變形桿菌和大腸桿菌等； ? 直接 MFC：代謝產(chǎn)生的電子可通過細(xì)胞膜直接傳遞到電極表面；如地桿菌、腐敗希瓦式菌和鐵還原紅螺菌等； 大腸桿菌 變形桿菌 梭狀芽孢桿菌 組成成分 原料 標(biāo)注 陽極 石墨、碳紙、碳布、鉑、鉑黑、網(wǎng)狀玻碳 必需 陰極 石墨、碳紙、碳布、鉑、鉑黑、網(wǎng)狀玻碳 必需 陽極室 玻璃、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃 必需 陰極室 玻璃、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃 非必需 質(zhì)子交換膜 質(zhì)子交換膜、鹽橋、玻璃珠、玻璃纖維和碳紙 必需 電極催化劑 鉑、鉑黑、聚苯胺、固定在陽極上的電子介體 非必需 微生物燃料電池組成： Thanks your ! 有機(jī)物作為燃料在厭氧的陽極室中被微生物氧化，產(chǎn)生的電子被微生物捕獲并傳遞給電池陽極，電子通過外電路到達(dá)陰極，從而形成回路產(chǎn)生電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與氧反應(yīng)生成水。單室 MFCs 通常直接以空氣中的氧氣作為氧化劑 ,無需曝氣 ,因而具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低的優(yōu)點(diǎn) ,更適于規(guī)?；?。單室 MFCs 從電極構(gòu)型上分為三類 :陰陽極與膜壓制成“三合一”電極、陰極與膜壓制成“二合一”電極、無質(zhì)子交換膜或加入多孔膜 。 MFCs 從結(jié)構(gòu)上分為雙室 MFCs 和單室 MFCs。 無介體的微生物燃料電池 ? 概念：在無電子傳遞中間存在的條件下，直接將電子傳遞給電極，在閉合回路下產(chǎn)生電流，該類電池稱為無介體微生物燃料電池或直接微生物燃料電池。 與常規(guī)燃料電池相比 ， MFC以微生物代替昂貴的化學(xué)催化劑 ，因而具有更多優(yōu)點(diǎn) : 微生物燃料電池的分類 有介體的微生物燃料電池 ? 概念：燃料在電解液中或其它處所反應(yīng)，電子通過氧化還原介體傳遞到電極上的電池。 (3) 環(huán)境友好 ,所產(chǎn) 生的物質(zhì)主要是 CO2和 H2O,無酸、堿、重金屬等污染物產(chǎn)生 ,無需對其產(chǎn)物做任何后處理 。 第二節(jié) 微生物燃料電池 概述 ① ② ③ ④ ⑥ ⑤ ① MFC實(shí)物組圖 ②電化學(xué)工作站 ③數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ④恒溫培養(yǎng)箱 ⑤無菌操作臺 ⑥厭氧工作站 MFC: 微生物燃料電池的特點(diǎn) : ? ① 直接將底物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量利用率高； ? ②原料廣泛，理論上任何有機(jī)物都可以作為微生物的底物； ? ③微生物燃料電池可以在常溫常壓下的環(huán)境中運(yùn)行，操作條件溫和； ? ④微生物燃料電池主要產(chǎn)生二氧化碳，環(huán)保無污染，生物相容性好； ? ⑤微生物燃料電池對于缺少發(fā)電設(shè)備的地方存在很大的市場潛力，并且可以擴(kuò)大目前的燃料形式以滿足我們的能量需求 (1)燃料來源廣泛 ,尤其可利用有機(jī)廢水等廢棄物 。 ? 具有發(fā)電與廢棄物處置的雙重功效。 ? 直接生物燃料電池： 燃料在電極上氧化，電子從燃料分子直接
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