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生物电化学耦合系统处理废锂电池中铜钴的研究

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生物电化学耦合系统处理废锂电池中铜钴的研究

作者：吴丹菁江苏理工学院

学位级别：硕士

废旧锂离子电池中含有丰富的铜钴资源,但是现在对废锂离子电池的回收并不完全,仍旧有部分的废锂离子电池得不到有效的回收,对环境造成污染的同时浪费了大量的金属资源,如果能有效回收这部分金属资源,将会带来巨大的环境和经济效益。MFC-... 详细信息

废旧锂离子电池中含有丰富的铜钴资源,但是现在对废锂离子电池的回收并不完全,仍旧有部分的废锂离子电池得不到有效的回收,对环境造成污染的同时浪费了大量的金属资源,如果能有效回收这部分金属资源,将会带来巨大的环境和经济效益。MFC-MEC生物电化学耦合系统是一种生物电化学系统(Bioelectrochemical systems,BES),是一种能利用微生物充当催化剂将化学能转化为电能的生物系统,能高效处理多种废水,具有清洁,无污染,能耗低和成本低廉的特点。本研究利用生物电化学耦合系统回收废锂离子电池中的铜钴,主要研究如下:1、实验搭建MFC装置,以Cu(Ⅱ)为阴极电子受体,考察阳极底物类型,装置有效容积,极距,阳极电极材料,阳极pH,阴极pH和外接电阻对MFC产电性能和阴极铜回收的影响,选择最优的实验条件。结果表明:以乙酸钠为阳极底物,阳极液pH调节为4,以石墨板为阳极电极材料,有效容积调节为500 mL,减小极距,降低阴极液pH为2.5,减小外接电阻到200Ω时,电池性能最优,MFC功率密度最高可达20702.5 mW/m,阴极Cu(Ⅱ)去除率最高为99.78%,阴极效率可达到79.04%,铜单质比收率最高为3.12 gCu/gCOD。反应结束后在电池阴极上能明显看到有黄褐色颗粒,经过XRD检测为单质铜。2、以钴酸锂为MFC阴极电子受体进行实验,研究搅拌,碳毡面积,阴极液pH值,阴极液类型,浓度,钛丝和碳毡吸附钴酸锂量对MFC产电和阴极Co(Ⅱ)浸出的影响。结果表明:无需对MFC阴极加入搅拌装置,碳毡面积为5×5 cm,降低阴极液pH值,以1 g/L的CuSO为电池阴极液,适当缠绕钛丝,阴极碳毡上钴酸锂量以0.15 g时MFC具有较好的电池性能和Co(Ⅱ)浸出效果,MFC阳极库伦效率最高为76.3%,最大电压达1.05 V,最大功率密度2376.2 mW/m,Co(Ⅱ)浸出率最高为44.84%,经过检测阴极液中Co(Ⅱ)浓度最高为54 mg/L。3、构建MFC-MEC耦合装置,研究MEC阴极电极材料,阴极液pH值,阴极液浓度,阳极接种污泥和有机底物的体积比,反应器有效容积和电极间距对MFC-MEC耦合系统回收铜钴的影响。结果表明:MEC中碳纸为阴极电极材料,阴极氯化钴溶液浓度为5 g/L,溶液pH调节为3,阳极接种污泥和有机底物的体积比为1:3,反应器有效容积减小为100 mL,电他极间距增加时耦合系统性能较好,对于铜钴具有较好的回收效果,Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)最高的去除率分别为99.63%和97.38%。同时还研究了系统的连接方式和堆栈式耦合系统对实验的影响,结果得到将电阻串联接入电路时,耦合系统中MFC和MEC的阴极效率都较高,分别为32.67%和11.03%。堆栈实验中,当两个MFC中阴极电子受体不同,分别为Cu(Ⅱ)和LiCoO时耦合系统中MFC对铜离子的去除率达到99.92%,对Co(Ⅱ)的浸出率为72.28%,溶液中Co(Ⅱ)的浓度为261.1 mg/L,MEC对Co(Ⅱ)的去除率达到了92.09%,钴单质比收率为1.004 gCo/gCOD。4、搭建MFC-MEC耦合系统,将前期实验所确定的最佳参数条件应用到回收废锂离子电池中铜钴的研究中。结果显示:MFC有效容积较小为300 mL时电池性能较好,MFC有效容积为500 mL时对于阴极铜回收和Co(Ⅱ)浸出效果较好,Co(Ⅱ)浸出率为32.42%,Co(Ⅱ)浓度为58.56 mg/L,铜单质比收率是1.223 gCu/COD,阴极产物中含有CoSO,Co(OH)和Cu单质,说明MFC阴极发生了Co(Ⅲ)降价和Cu(Ⅱ)的还原反应。对于MEC的影响,MFC产电性能对其的影响较大,当MFC电性能较好时MEC阴极对Co(Ⅱ)处理效果较好,阴极效率为56.12%,Co(Ⅱ)去除率为54.52%,钴单质比收率为0.861 gCo/gCOD,碳纸电极表面具有黑色粉末,电镜下为圆形松散颗粒,经XRD检测到产物中含有Co单质。堆栈式MFC-MEC耦合系统中MFC和MFC电性能均较为稳定。而MEC中钴离子去除率和单质比收率都高于一个MFC驱动的MEC,Co(Ⅱ)去除率和单质比收率为54.52%和0.861 gCo/gCOD。对于MEC阴极的反应,较高的电能供给有利于MEC阴极还原反应的发生。

关键词：生物电化学系统微生物燃料电池微生物电解池废锂离子电池铜钴回收

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MFC-MEC生物电化学耦合系统回收钴

中国有色金属学报 2019年第7期29卷 1536-1542页

作者：吴丹菁潘璐璐刘维平江苏理工学院化学与环境工程学院

为回收含Co(Ⅱ)溶液中的金属钴,以微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)降解有机物产生的电能驱动微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC),实现MFC-MEC耦合系统自驱动运行。同时,在MEC的阴极还原Co(Ⅱ),研究不同MEC阴极电... 详细信息

为回收含Co(Ⅱ)溶液中的金属钴,以微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)降解有机物产生的电能驱动微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC),实现MFC-MEC耦合系统自驱动运行。同时,在MEC的阴极还原Co(Ⅱ),研究不同MEC阴极电极材料、pH值以及电极极距等条件对Co(Ⅱ)处理的影响。结果表明:以碳纸为MEC阴极电极材料时,可得到较小的内阻1359.6Ω,库伦效率CE和阴极效率ηca分别为33.1%和21.6%,钴比收率为2.99gCo/gCOD,阴极Co(Ⅱ)去除率为62.5%;MEC阴极液pH为3时,ηca为43.9%,钴比收率为0.73gCo/gCOD,Co(Ⅱ)去除率为88%;MEC极距为16cm时,可得到较高的阳极库伦效率20.5%和钴比收率0.85gCo/gCOD,阴极Co(Ⅱ)去除率可以达到97.4%。经XRD分析,阴极产物为金属钴。

关键词：微生物燃料电池微生物电解池生物电化学耦合系统钴回收

纤毛鹅观草-普通小麦高抗条锈病多年生属间杂种F的创制及鉴定

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作物学报 2024年

作者：朱明昆包俊浩庞菁璐周诗绮方忠艳郑文张亚洲吴丹丹西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室四川农业大学小麦研究所

本研究对鹅观草属(Roegneria) 13个物种29份材料进行条锈病田间鉴定和抗条锈病基因检测，将筛选的抗病材料与小麦进行人工属间杂交，并对属间杂种F1进行形态学、细胞遗传学及小麦条锈病抗性检测，结果显示：82.76%的材料在田间对条锈病... 详细信息

本研究对鹅观草属(Roegneria) 13个物种29份材料进行条锈病田间鉴定和抗条锈病基因检测，将筛选的抗病材料与小麦进行人工属间杂交，并对属间杂种F1进行形态学、细胞遗传学及小麦条锈病抗性检测，结果显示：82.76%的材料在田间对条锈病表现中抗以上的抗性，且均含有5个以上的已知抗条锈病基因的等位基因，但仍可能存在条锈病抗性新基因；筛选到的一份高抗条锈病的纤毛鹅观草(Roegneria ciliaris (Trin.) Nevski) ZY11004-R，将其与5个普通小麦(Triticum aestivum L.)品种进行人工属间杂交，通过胚拯救的方式成功获得了纤毛鹅观草-普通小麦CSph2a属间杂种F1；杂种F1体细胞染色体条数为35条(基因组组成为StYABD)，花粉母细胞减数分裂I中期染色体多为单价体，形态特征处于两亲本之间，但在生活习性上获得多年生的性状，并表现出高抗条锈病。

关键词：鹅观草属条锈病属间杂种远缘杂交多年生小麦

轨道交通列车车轮多边形磨耗机理及其影响综述

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交通运输工程学报 2024年第2期24卷 85-101页

作者：吴丹丁旺才兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

总结了近几年国内外轨道交通列车车轮多边形的研究成果,分析了导致车轮形成多边形的主要因素与发生机理以及动车组与地铁车辆多发的高阶车轮多边形不同的原因,探讨了车轮多边形的抑制措施,概括了车辆-轨道耦合动力学模型的产生与发展,... 详细信息

总结了近几年国内外轨道交通列车车轮多边形的研究成果,分析了导致车轮形成多边形的主要因素与发生机理以及动车组与地铁车辆多发的高阶车轮多边形不同的原因,探讨了车轮多边形的抑制措施,概括了车辆-轨道耦合动力学模型的产生与发展,总结了车辆-轨道耦合动力学仿真分析的主要成果,提出了考虑车轮多边形等轮轨周期性磨耗下的车辆-轨道系统零部件的疲劳损伤这一新研究方向。分析结果表明:车轮初始缺陷、轮轨摩擦自激振动、轮轨黏滑振动、轮轨系统P2共振、轮对固有模态振动、车轮直径与转向架组成部件引起的共振等会造成车轮多边形的发生;地铁车辆发生的车轮多边形主要是由轮轨系统P2共振所致,而高速动车组多发的高阶车轮多边形一般不是由P2共振直接引起的;提高车轮镟修质量、增加研磨子、提高车轮踏面硬度、增大扣件阻尼、变速运行等措施可以抑制车轮多边形的发展,但从车轮多边形的形成机理可知,车轮初始缺陷是起源,控制车轮初始缺陷是抑制车轮多边形形成与发展的根本,从可行性角度而言,增加研磨子是最理想的措施;当车轮存在高阶多边形后,轮轨激励频率会显著增大且范围分布更广,当激励频率与车辆某些部件的固有振动频率接近时,易引发共振,导致其动应力显著增大,影响其疲劳寿命,故分析车辆-轨道系统主要承载部件的疲劳损伤时,应考虑随机轨道不平顺以及轮轨周期性磨耗等不利因素。可见,现有研究成果基本揭示了车轮多边形的形成机理,并提出了可行的抑制措施,但考虑到列车运行环境的不确定性以及车辆-轨道耦合系统关联因素众多,分析过程难免与实际有差异,故仍需进一步深入研究。

关键词：车辆工程动力学性能车轮多边形磨耗机理抑制措施动力学模型疲劳损伤

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跨文化传播视角下多语言用户信息分享行为过程模型构建研究

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情报理论与实践 2024年第5期47卷 183-193页

作者：樊舒吴丹四川大学公共管理学院四川成都610065 武汉大学信息管理学院湖北武汉430072 武汉大学人机交互与用户行为研究中心湖北武汉430072

[目的/意义]全球化使得个体与不同文化的接触日益频繁,掌握多种语言的个体能够借助多元文化融合的机遇,利用数字平台为中华优秀文化的交流和传播提供新的路径和方向。[方法/过程]社交媒体时代多语言用户成为中国文化跨文化传播的核心推... 详细信息

[目的/意义]全球化使得个体与不同文化的接触日益频繁,掌握多种语言的个体能够借助多元文化融合的机遇,利用数字平台为中华优秀文化的交流和传播提供新的路径和方向。[方法/过程]社交媒体时代多语言用户成为中国文化跨文化传播的核心推动者。故此,文章以多语言用户,即掌握两种及以上语言的用户作为研究对象探究其如何借助信息分享行为传播中华文化相关内容。通过众包方式收集来自全球355个多语言用户跨文化信息分享数据,采用主题分析法构建了多语言用户信息分享行为过程模型,旨在揭示具体的形成机制和行为规律。[结果/结论]构建了包含动机驱动阶段、信息交互阶段和体验感知阶段的多语言用户信息分享行为过程模型。立足中国文化语境,有助于凸显跨文化研究情境,对于促进新时代跨文化传播具有重要意义。

关键词：多语言用户信息分享行为跨文化传播过程模型

以人为本的多语言信息搜索行为研究：视角、方法与展望

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图书馆建设 2024年

作者：樊舒吴丹四川大学公共管理学院武汉大学信息管理学院

通过对以人为本的多语言信息搜索行为相关文献的搜集和分析，旨在探索信息行为研究中用户视角下的多语言信息搜索行为研究进展和发展趋势，解析和揭示全球化视角下的多样化行为规律。采用文献分析法和综合归纳法，对国内外用户视角下的... 详细信息

通过对以人为本的多语言信息搜索行为相关文献的搜集和分析，旨在探索信息行为研究中用户视角下的多语言信息搜索行为研究进展和发展趋势，解析和揭示全球化视角下的多样化行为规律。采用文献分析法和综合归纳法，对国内外用户视角下的多语言信息搜索行为研究展开热点主题内容追踪和研究方法分析。研究发现，以人为本的多语言信息搜索行为研究主要聚焦四个核心视角：即多语言信息搜索需求研究、多语言信息搜索行为影响因素研究、多语言信息搜索策略研究和多语言信息搜索系统设计，并综合应用定性、定量和混合研究方法加以验证。通过对比国内外研究异同发现，未来研究将围绕不同研究情境、不同影响因素、不同语言维度及不同应用场景进一步拓展和丰富现有信息行为研究内容。

关键词：以人为本多语言用户信息搜索信息行为

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基于六维语义空间的自动驾驶风险评估研究

通信学报 2024年第1期45卷 77-93页

作者：陈亚男李昂吴丹南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学空天地海通信技术一体化研究院江苏南京210003 陆军工程大学通信工程学院江苏南京210007

针对自动驾驶中风险要素提取不充分、风险场景评估鲁棒性低等问题,提出一种基于六维语义空间的风险评估框架,包括基于六维语义空间的风险要素提取和基于知识图谱的风险场景评估。前者构建六维语义空间并将RGB和红外数据映射其中,利用模... 详细信息

针对自动驾驶中风险要素提取不充分、风险场景评估鲁棒性低等问题,提出一种基于六维语义空间的风险评估框架,包括基于六维语义空间的风险要素提取和基于知识图谱的风险场景评估。前者构建六维语义空间并将RGB和红外数据映射其中,利用模态间的关联提取丰富的数据特征,以获得显在和潜在的风险要素。后者通过语义角色标注和实体融合将风险要素凝练为知识图谱,并联合节点补全和风险等级函数设计知识图谱推理方法,实现准确的风险评估。仿真结果表明,较现有的MSMatch和iSQRT-COV-Net方法,所提方法在准确率、漏/虚警率和处理时间上均有优势。

关键词：六维语义空间知识图谱风险要素风险评估自动驾驶汽车

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基于机器人建模的航空装配测控仿真分析方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 724-737页

作者：王斌张继文吴丹清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

在航空飞机数字化装配过程中,需要对装配环境中的运动调姿机构的运动能力和靶标测量机构的测量能力进行仿真,以确保调姿机构实现给定运动空间的灵活调姿及测量机构实现对目标测量点的无遮挡、高精度测量,从而测控结合完成装配。而航空... 详细信息

在航空飞机数字化装配过程中,需要对装配环境中的运动调姿机构的运动能力和靶标测量机构的测量能力进行仿真,以确保调姿机构实现给定运动空间的灵活调姿及测量机构实现对目标测量点的无遮挡、高精度测量,从而测控结合完成装配。而航空领域常用的仿真平台如DELMIA、CATIA和SA等,目前无法实现结合设备位置规划、运动控制评估和测量场分析的综合仿真。为了在同一体系下实现航空装配数字化测控系统的综合仿真,该文提出一种基于机器人建模的航空装配测控仿真分析方法。将数字化装配环境中的零部件及工装、调姿机构、测量机构、环境干扰物体等关键要素在机器人仿真平台中分别建模为不同的机器人,进而按照装配需求编写控制程序,使系统按照需求控制各个机器人联合运动执行仿真分析,以完成测控算法验证,并可进一步设置动态优化问题对测调参数、测量设备站位等现有仿真平台难仿信息进行优化。以高遮挡环境下的多个激光跟踪仪对大量测量点的联合测量可达性仿真分析和多激光跟踪仪站位仿真规划为例,阐述了测量机构的机器人建模方法、仿真系统的搭建方法、仿真激光测量系统的原理和站位规划的实施方式,验证了所提方法的可行性。该方法简单、高效,当环境改变时可快速重规划。

关键词：航空数字化装配测控仿真方法激光跟踪仪测量可达性站位优化

基于相间有源阻抗平衡单元的多相交错并联LLC谐振变换器均流策略研究

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中国电机工程学报 2024年第3期44卷 1117-1132,I0022页

作者：董汉菁谢小高杭州电子科技大学浙江省杭州市310018

文中提出一种基于相间有源阻抗平衡单元的新型多相交错并联LLC谐振变换器均流拓扑。通过在相间构建有源阻抗平衡单元匹配相邻相的阻抗网络,从而平衡相邻相谐振元件因参数容差造成的输出电流不均衡。得益于相间有源阻抗平衡单元仅在相邻... 详细信息

文中提出一种基于相间有源阻抗平衡单元的新型多相交错并联LLC谐振变换器均流拓扑。通过在相间构建有源阻抗平衡单元匹配相邻相的阻抗网络,从而平衡相邻相谐振元件因参数容差造成的输出电流不均衡。得益于相间有源阻抗平衡单元仅在相邻相之间传递部分能量,其增加的损耗较小。比较几种可能的相间有源阻抗平衡单元结构,并提出一种以开关电感作为有源阻抗平衡单元的均流拓扑。详细分析所述方案的均流机理和设计过程,并对其控制策略和多相拓展进行探讨。最后,通过搭建一台12 V/40 A的两相交错并联LLC谐振变换器样机,验证所述均流方案的可行性。

关键词：交错并联LLC 相间有源阻抗平衡单元开关电感均流策略

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