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环境科学 2017年第5期38卷 1904-1910页

作者：李薛晓程思超方舟李先宁东南大学能源与环境学院南京210096

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高... 详细信息

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm^2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.

关键词：人工湿地型微生物燃料电池 X-3B 脱色产电湿地基质阴极面积

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Fe(Ⅲ)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系间接电化学还原及棉织物染色的研究

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电化学 2011年第4期17卷 444-447页

作者：王清芝王炜东华大学生态纺织科学技术教育部重点实验室上海201620

应用循环伏安法研究了Fe(III)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系的电化学行为及其可能的反应机理.实验表明,Fe(II)-葡萄糖酸盐起着最终的还原作用.电解还原时间、工作电压和阴极面积这3个因素影响着电流效率,在Fe(III)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系... 详细信息

应用循环伏安法研究了Fe(III)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系的电化学行为及其可能的反应机理.实验表明,Fe(II)-葡萄糖酸盐起着最终的还原作用.电解还原时间、工作电压和阴极面积这3个因素影响着电流效率,在Fe(III)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系中,还原大红R的电流效率最高可达89%,其电解还原时间10 min,工作电压4 V,阴极面积40 cm2.

关键词：循环伏安电流效率工作电压阴极面积棉织物染色 Fe(III)-草酸-葡萄糖酸钙媒质体系

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电极面积和电极间距对立方体型MFCs产电能力的影响

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可再生能源 2013年第8期31卷 68-74页

作者：王艳芳刘百仓郑哲郑雪艳四川大学建筑与环境学院四川成都610207 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 陕西建工集团第七建筑有限公司陕西西安712000 四川大学外国语学院四川成都610207

以生活污水为底物,普通石墨棒为电极,构建立方体型双室微生物燃料电池(MFCs),研究了阴、阳极电极面积和电极间距对MFCs产电能力的影响。试验结果表明:当阴极表面积作为唯一变量时,阴极表面积越大,电池的产电性能越好,当Acat∶AAn=5时MF... 详细信息

以生活污水为底物,普通石墨棒为电极,构建立方体型双室微生物燃料电池(MFCs),研究了阴、阳极电极面积和电极间距对MFCs产电能力的影响。试验结果表明:当阴极表面积作为唯一变量时,阴极表面积越大,电池的产电性能越好,当Acat∶AAn=5时MFC产电最佳;当阳极面积作为唯一变量,AAn∶Acat=0.41时,电池产电能力和运行效果最佳;减小电极间距能有效地减少内阻,同时有利于底物和生成物的流动传质;提高输出功率,电极间距为21 mm的装置产电能力和运行效果最佳。

关键词：微生物燃料电池阴极面积阳极面积电极间距功率密度

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CW-MFC对难降解有机物的去除特性及同步产电研究

CW-MFC对难降解有机物的去除特性及同步产电研究

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作者：李薛晓东南大学

学位级别：硕士

本研究在垂直流人工湿地的基础上构建单室空气阴极微生物燃料电池,形成了一种新型的污水处理装置——人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)。选取偶氮染料活性艳红X-3B作为目标污染物,并将由其配制而成的人工模拟染料废水作为底物,采用连... 详细信息

本研究在垂直流人工湿地的基础上构建单室空气阴极微生物燃料电池,形成了一种新型的污水处理装置——人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)。选取偶氮染料活性艳红X-3B作为目标污染物,并将由其配制而成的人工模拟染料废水作为底物,采用连续进水方式运行CW-MFC。分别从阴极面积、双阳极构造和外接电阻三个方面研究CW-MFC去除难降解有机物及同步产电的性能及影响,主要研究内容及结果如下:设置阴极面积不同的5组CW-MFC为研究对象,研究不同阴极面积对CW-MFC的产电性能、X-3B去除效果和微生物群落的影响。结果表明,在一定范围内增加阴极面积,增加了阴极反应位点,改善了阴极极化现象和阳极层微生物的生长环境,从而提高了 CW-MFC的产电性能和X-3B的去除效果,电流不断增加,内阻不断减小,最大功率密度和X-3B脱色率均增加至最大值。但是当阴极面积进一步增加时,阳极极化现象加剧,阳极层电子供需不平衡,导致最大功率密度和X-3B脱色率逐渐减小,阳极成为阻碍CW-MFC性能提升的限制性因素。阴极面积增加,阴极层全细菌密度不断增加,阳极层全细菌密度不断增加,其中产电菌密度不断增加,产甲烷菌密度逐渐减小。设置单阳极CW-MFC和双阳极CW-MFC为研究对象,分别研究不同进水X-3B浓度和不同HRT条件下CW-MFC的运行情况,并对双阳极CW-MFC中X-3B的降解中间产物和微生物群落进行检测,全面分析双阳极构造对CW-MFC产电、去除X-3B及微生物群落的影响。研究发现,当进水X-3B浓度增加时,CW-MFC产电性能和X-3B去除效果随之下降,且双阳极CW-MFC的产电性能和X-3B去除效果优于单阳极CW-MFC,在应对有机负荷增加时表现出了良好的稳定性。当HRT减小时,CW-MFC产电性能和X-3B去除效果也随之下降,且双阳极CW-MFC的产电性能和X-3B去除效果仍优于单阳极CW-MFC,在应对冲击负荷增强时也表现出了良好的稳定性。X-3B在双阳极CW-MFC的去除过程中,大量共轭体系n-π键在底部基质层和下阳极层被破坏,少量共轭体系n-π键在上阳极层被破坏,并产生含有苯环、三嗪基和萘环等官能团的中间产物,主要为苯胺、酯类和烃类等。在双阳极CW-MFC中,由于共基质的逐层消耗,导致产甲烷菌在上阳极层占优,产电菌在下阳极层占优,且上阳极层全细菌密度小于下阳极层全细菌密度。设置外接电阻分别为200、600和1000 Ω的CW-MFC为研究对象,同时设置开路CW-MFC作为对照组,研究不同外接电阻对CW-MFC的产电性能、X-3B去除效果和微生物群落的影响。研究发现,外接电阻作为电子由阳极向阴极传递的必经之路,阻碍电子的传递过程,当外接电阻增加时,系统电流不断减小,内阻不断增加,库伦效率不断减小。在电极的催化作用下,X-3B在通路CW-MFC的脱色效果明显优于开路CW-MFC,其脱色率随外接电阻的增加而下降。随着外接电阻的增加,阳极层全细菌密度不断减小,其中产电菌密度逐渐减小,产甲烷菌密度不断增加。

关键词： CW-MFC X-3B 阴极面积双阳极外接电阻去除产电

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固体氧化燃料电池三元颗粒电极模拟与优化

固体氧化燃料电池三元颗粒电极模拟与优化

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作者：周惠中国科学技术大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池是一种清洁、高效的化学能直接转化为电能装置。然而要达到商业化可行性,需寻求更低廉的制造成本,还需提高单电池、电池堆输出性能和使用寿命。三元混合颗粒合成电极的特点和优势在于:纳米尺度颗粒的引入使得体反应... 详细信息

固体氧化物燃料电池是一种清洁、高效的化学能直接转化为电能装置。然而要达到商业化可行性,需寻求更低廉的制造成本,还需提高单电池、电池堆输出性能和使用寿命。三元混合颗粒合成电极的特点和优势在于:纳米尺度颗粒的引入使得体反应和电极/电解质界面附近有效反应三相区域量相对于微米级颗粒有了可观的提高;同时,阴极、阳极导电子材料颗粒与YSZ core颗粒的接触面通过YSZ纳米颗粒的结合而被改良,而形成了均匀、持久、高效的电极微结构。本论文的主要工作是解析计算分析了三元纳米混合颗粒电极颗粒组分比对电极微观参数的影响;使用有限元方法建立了一个三元纳米混合颗粒合成电极的Button电池二维模型,并用之对不同颗粒组分比的影响进行了模拟。论文主要内容分为四章,其中第一章介绍了燃料电池的种类和应用状况;固体氧化物燃料电池电极和电解质的材料;单电池的支撑类型和电池堆的构型。第二章主要介绍了固体氧化物燃料电池热力学与电化学原理、多孔电极中气体传输类型和处理模型以及数值模拟与有限元分析简述。第三章为三元纳米混合颗粒电极的Button SOFC电池建立的二维模型,模型考虑了颗粒连通几率(配位数)对电极相关微观参数和体反应三相区的影响,多孔介质中气体的传输,电子导电和离子导电方程。计算分析了不同LSM nano颗粒组分的情形下,YSZ nano颗粒占总YSZ颗粒百分数? ysz ,nano值的变化对电池性能的影响。并模拟了优选区间内不同LSM组分和? ysz ,nano值对电池输出功率密度的影响。第四章在第三章模型基础之上,对三元纳米混合颗粒电极的Button固体氧化物燃料电池的阴极厚度、阴极面积和阳极厚度进行了模拟和优化。

关键词：固体氧化物燃料电池三元纳米混合颗粒组分比阴极厚度阴极面积阳极厚度

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