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在金属电极表面构建阳极产电细菌生物膜及其性能研究

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在金属电极表面构建阳极产电细菌生物膜及其性能研究

作者：朱晓婷扬州大学

学位级别：硕士

资源短缺、能源紧张、环境污染是当今社会发展面对的首要问题。水污染尤为明显,工业化学废水、生活污水以及其他废水的排放使得水环境中存在微量的低浓度、难降解的污染物,为此国内外研究者致力于研究一种合理利用废水、降低环境污染、... 详细信息

资源短缺、能源紧张、环境污染是当今社会发展面对的首要问题。水污染尤为明显,工业化学废水、生活污水以及其他废水的排放使得水环境中存在微量的低浓度、难降解的污染物,为此国内外研究者致力于研究一种合理利用废水、降低环境污染、环节能源短缺的清洁能源。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)可以通过微生物的氧化反应充分分解有机废物,将化学能直接转化为电能。MFC技术是一项兼顾废水处理和产电的新能源技术。不同类型的废水均可MFC有机物的来源。阳极是影响MFC性能的主要因素,阳极材料的选择对MFC尤为重要。本文主对不同金属阳极提高微生物燃料电池产电性能进行了研究,又进一步对金属及改性后的金属阳极对MFC的产电性能、产电效率的影响做了详细的探究:(1)铜片阳极和碳基阳极产电性能的比较研究通过构建12个小阳极并置的微生物燃料电池观察不同类型的阳极在在相同电池启动和运行条件下的电压趋势。本论文使用的MFC装置体积为800ml,注入培养基并加入0.06g Na2SO4。伴随着电池放电和电极表面生物膜的形成,Cu电极表面反应生成固态铜(Ⅱ)硫化物(CuS),CuS在阳极表面形成了导电网络,提高了电极表面阳极反应速率。本次实验选用了石墨和碳布两种不同的碳基材料与铜片阳极进行对比,结果发现,铜片阳极表面生成的CuS能够促进氧化反应的发生,提升了阳极表面电子转移速率。该研究为研究者研究者提高MFC阳极性能提供了新的思路。(2)不锈钢纤维毡(SSFF)阳极及其改性阳极和碳基阳极产电性能的比较研究通过水热反应在不锈钢纤维毡表面沉积三氧化钨(SSFF@WO3),并用SSFF@WO3作为本次实验的阳极材料开展对比实验。WO3较好的导电性和化学稳定性等良好特性使得整个阳极的产电性能提高。不锈钢纤维毡表面沉积WO3增加了 SSFF表面的比表面积,使得微生物更容易附着,将电极放入装置内,注入培养基中生长800h,并通过电化学工作站监控其电压情况。傅里叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)等表征说明了 WO3的稳定性高,扫描电镜(SEM)可观察到SSFF@WO3阳极表面聚集微生物较多。电化学测试显示,SSFF@WO3阳极产生了与碳基阳极相媲美的电流。这种以金属氧化物沉积在SSFF表面的阳极对进一步提升处理污水的效率和降低成本具有重要的实际意义。(3)不同金属氧化物沉积SSFF阳极产电性能的比较研究制备CuO、ZnO两种高电化学活性、稳定性的金属氧化物粉末。本部分实验制备的CuO、ZnO简单易得,实验成本低。制备完成后,将两种粉末分别与SSFF进行水热反应,CuO、ZnO沉积在SSFF表面,提高了 SSFF 比表面积以便微生物更易附着在阳极表面。将电极组装到实验装置内,注入培养基中生长800h,并通过电化学工作站监控其电压情况。FTIR、XRD等表征显示出CuO、ZnO的高附着率、高稳定性等特性,扫描电镜可观察到SSFF@CuO、SSFF@ZnO阳极表面聚集微生物较多,电化学测试显示SSFF@ZnO阳极的产电性能优于碳布阳极。这种以实验室易合成的金属氧化物沉积在SSFF表面的阳极对提高MFC产电性能提供了新的方法,对MFC规模化、高效率处理污水和降低成本具有重要的实际意义。

关键词：微生物燃料电池金属阳极金属氧化物水热反应产电性能

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铝电解用金属惰性阳极的研究进展

稀有金属 2009年第3期33卷 420-425页

作者：丁海洋卢世刚阚素荣张向军杨娟玉北京有色金属研究总院能源材料与技术研究中心北京100088

铝电解工业已有百余年的历史,以惰性阳极为代表的新工艺是铝电解研究的热点问题。惰性阳极主要分为陶瓷阳极、金属陶瓷阳极和金属阳极3类,本文分析了3种惰性阳极的特点,并重点评述金属阳极的研究近况。钾冰晶石电解质体系作为一种铝电... 详细信息

铝电解工业已有百余年的历史,以惰性阳极为代表的新工艺是铝电解研究的热点问题。惰性阳极主要分为陶瓷阳极、金属陶瓷阳极和金属阳极3类,本文分析了3种惰性阳极的特点,并重点评述金属阳极的研究近况。钾冰晶石电解质体系作为一种铝电解新型低温电解质体系,具有操作温度低、Al2O3溶解性能好等优势。指出在钾冰晶石低温体系中应用金属阳极将成为今后铝电解很有希望的一种新工艺。

关键词：惰性阳极金属阳极铝电解钾冰晶石

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金属阳极涂层的研制及应用

稀有金属材料与工程 1990年第1期19卷 56-58页

作者：潘会波西北有色金属研究院

本文概述了金属阳极的优点,发展历史,涂层的钝化机制,抗钝方法及应用情况。

关键词：金属阳极涂层应用研制

低温铝电解用Cu-Ni-Cr金属阳极性能研究

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矿冶工程 2004年第6期24卷 45-47页

作者：石忠宁徐君莉邱竹贤舒方霞东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004

采用熔炼法制备Cu 2 5Ni 10Cr铝电解金属阳极 ,并进行氧化实验和电解实验研究。结果表明 ,合金阳极在空气中的氧化动力学曲线遵循抛物线变化规律 ,而在纯的氧气中的氧化动力学曲线偏离了抛物线规则。电解极化条件下的腐蚀结果与不同的... 详细信息

采用熔炼法制备Cu 2 5Ni 10Cr铝电解金属阳极 ,并进行氧化实验和电解实验研究。结果表明 ,合金阳极在空气中的氧化动力学曲线遵循抛物线变化规律 ,而在纯的氧气中的氧化动力学曲线偏离了抛物线规则。电解极化条件下的腐蚀结果与不同的试验条件相关。在不同温度、阳极电流密度和氧化铝浓度条件下 ,于组成为NaF AlF3 NaCl CaF2 Al2 O3的电解质体系中电解 ,结果显示电解极化腐蚀的速率随电解质中氧化铝浓度的增高而减小 ,随温度的增高而增大。电解过程运行平稳 ,该阳极周围产生大量气泡 ,电解平稳时 ,槽电压在 4.0～ 4.6V之间波动。

关键词：金属阳极 Cu-Ni-Cr合金氧化腐蚀

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少用钌涂层金属阳极的研究

无机盐工业 1989年第1期3卷 14-16页

作者：商相凯太原工业大学

本文对含有少量钌的锡-锑金属阳极涂层进行了研究,发现该涂层在电化学性能上优于石墨阳极,接近钛-钌金属阳极(D.S.A),同时具有较长的寿命。对以本涂层制造的金属阳极取代石墨阳极在技术上进行了初步探讨。

关键词：钌涂层金属阳极锡锑

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金属阳极电极电位的检测

氯碱工业 1998年第2期34卷 13-19页

作者：霍春光中国化工装备总公司金属阳极质量检测中心

针对金属阳极电极电位检验中所涉及的问题，从产生机理、控制方法等各方面进行全面系统的论述。内容包括检测仪器的技术指标要求、仪器的调整、检测原理、检测条件、影响因素、检测技术等几个方面。论述中以金属阳极的析氯电位检验为主... 详细信息

针对金属阳极电极电位检验中所涉及的问题，从产生机理、控制方法等各方面进行全面系统的论述。内容包括检测仪器的技术指标要求、仪器的调整、检测原理、检测条件、影响因素、检测技术等几个方面。论述中以金属阳极的析氯电位检验为主，同时兼顾析氧电位；以ＨＧ／Ｔ２４７１－９３中对析氯电位检验要求为基础，对检测中所遇到的问题进行了分析。文中基本涵盖了在金属阳极电极电位检测过程中可能出现的问题，对从事金属阳极质量检测工作的人员具有指导作用，对相关人员也有一定参考作用。

关键词：金属阳极检测电极电位

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金属阳极电解槽管理综述

氯碱工业 2006年第10期42卷 9-15页

作者：杨冬君许峰张宏伟湖北双环科技氯化工厂湖北应城432407

从电解槽入槽盐水质量、供应电流、氯氢压力、电解槽吸附前的管理、吸附操作管理、电解槽运行管理、维护保养等多方面入手,介绍电解槽安全、节能、环保的运行保障。

关键词：电解槽金属阳极盐水电解吸附

碳纤维阴极及金属阳极在海底沉积型燃料电池中的应用研究

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碳纤维阴极及金属阳极在海底沉积型燃料电池中的应用研究

作者：刘媛媛中国海洋大学

学位级别：硕士

近年来，随着能源短缺和环境污染这些问题的不断呈现，研发新型能源技术成为解决问题的关键。微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）是利用微生物分解有机物获得电能的新方法，也是净化废水最简单易行的方法，近几年来微生物燃料... 详细信息

近年来，随着能源短缺和环境污染这些问题的不断呈现，研发新型能源技术成为解决问题的关键。微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）是利用微生物分解有机物获得电能的新方法，也是净化废水最简单易行的方法，近几年来微生物燃料电池的研究得到了比较快速的发展，但离实际应用仍然有一定距离。MFC中有可能在短期内投入实际应用的是海底沉积型微生物燃料电池(benthic microbial fuel cell, BMFC)，它是通过微生物分解海泥中的有机物进行产电的装置。由于其原料来源丰富、构型简单、产电效率高受到了越来越多研究者的关注，如何进一步提高其产电效率使之实海应用成为目前的研究重点。本文分别研究了BMFC的阴极和阳极来提高其功率密度，主要研究内容与结论如下：（1）BMFC的电极性能受比表面积的影响较大，目前阴极材料通常采用聚丙烯腈基碳纤维（CF-P），而黏胶基碳纤维（CF-R）的比表面积相对较大，强度较弱。本文对这两种碳纤维进行热处理得到改性碳纤维（CF-P-H和CF-R-H），并对比了CF-P、CF-R、CF-P-H和CF-R-H作BMFC阴极时电池的性能。结果表明：CF-R-H的比表面积最大，达到644m2·g-1，且其作为阴极时的抗极化能力较其他三种阴极更强，电池的输出功率密度也最大，达到112.4mW·m-2，分析原因是热处理过程使碳纤维比表面积增大，并在其表面形成醌类化合物，两者的协同作用共同增强了阴极氧气的还原速率，从而提高电池性能。（2）BMFC实海应用时阴极漂浮在海水中，海洋中的藻类会附着在表面降低其性能，为避免这一现象，本文采用聚四氟乙烯（PTFE）对碳纤维阴极进行疏水改性。结果表明：经PTFE改性后，碳纤维的接触角增大，疏水性增强，且疏水性随着PTFE乳液浓度的增加而增强，疏水性增强直接使生物附着量减少，15%、30%、45%浓度的PTFE改性后的碳纤维作为BMFC阴极时电池输出功率密度有所下降，这是由于PTFE是绝缘性物质，当其包覆在碳纤维表面时会使电极的电阻增大，60%的PTFE改性后的碳纤维作为阴极时电池的输出功率密度较空白组有所提升，分析原因是PTFE在电极表面形成了气体扩散层，有利于氧气和水进入到电极上，增强了阴极性能。（3）BMFC阳极方面，本文采用金属镁、铝作为阳极来提高输出功率密度，并对比了金属作阳极时海泥电池和海水电池的性能。结果表明：海泥电池的输出功率密度略低于海水电池，但是金属阳极在海泥电池中的腐蚀速率低于在海水电池中，用镁作阳极的电池电压和输出功率密度均高于用铝作为阳极的电池，本文还利用金属阳极和热处理后的黏胶基碳纤维阴极组成的海泥电池结合升压器件成功驱动了海洋常用仪器-温深仪，在均能驱动仪器的情况下，海泥电池比海水电池的使用寿命更长，更适合在海洋中长期应用，这些研究为海泥电池走向实海应用奠定了理论基础。

关键词：海底沉积型燃料电池碳纤维阴极金属阳极温深仪

金属阳极电解槽开车和生产中存在的问题与剖析

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江苏氯碱 1990年第1期 11-16页

作者：毛炯贤