微生物燃料电池堆栈的设计开发与应用进展

微生物燃料电池可将环境废水中的化学能转化为电能,并驱动和强化有机污染物降解,是生物电化学环境修复、清洁能源开发很有应用潜力的解决方案.目前,微生物燃料电池在实际应用中还存在着电池规模小、输出电能低等工程问题,成为限制其性能和规模化应用的核心瓶颈,因此需要对微生物燃料电池进行规模化放大.然而,单纯地增加单体微生物燃料电池的体积,将增加电池内阻,导致能量损失加大,限制微生物燃料电池输出功率进一步提高,不适合工程化应用.微生物燃料电池堆栈是在保持单体微生物燃料电池性能的基础上,通过将多个单体微生物燃料电池进行串并联连接,从而有效提高微生物燃料电池的输出电压、电流以及功率,是实现微生物燃料电池规模化放大的主要手段,已经广泛应用于复杂环境中低劣生物质发电、废水处理以及化学品合成等领域.本文基于微生物燃料电池堆栈的工作原理,从产电微生物、电极材料、电池结构以及电池传质等多个方面系统分析了影响微生物燃料电池堆栈性能的关键因素,总结了微生物燃料电池堆栈结构和电路管理系统的设计原理与工程技术,分析了微生物燃料电池堆栈的重点应用领域,并针对其未来的研究方向进行了展望,以促进微生物燃料电池堆栈的工业化应用.

固体超强酸SO_4^(2-)/ZrO_2的制备及催化合成异松油烯的研究

采用沉淀-浸渍法制备了固体超强酸SO_4^(2-)/ZrO_2催化剂利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)技术进行了表征,研究了以未分离工业双戊烯为原料经一步催化合成异松油烯的工艺。固体超强酸SO_4^(2-)/ZrO_2的优化制备条件为:H2SO4浓度1mol/L、浸泡时间12h、焙烧温度600℃。SO_4^(2-)/ZrO_2催化工业双戊烯合成异松油烯的优化工艺为:催化剂用量5%(以工业双戊烯质量为基准)、温度110℃、时间4h,合成产物中异松油烯含量达33.398%。

高锰酸钾改性山棕丝对Pb(Ⅱ)吸附性能的研究

以山棕丝为原料,采用高锰酸钾回流氧化法对其改性,通过单因素实验及正交实验优化确定最优改性工艺,制备对Pb(Ⅱ)具有良好吸附能力的生物吸附材料。结果表明,高锰酸钾改性山棕丝最优工艺为:反应温度60℃,反应时间4h,高锰酸钾溶液浓度0.08mol/L,p H值3;吸附性能研究表明,由最优工艺制备的改性山棕丝在常温下对400mg/LPb(Ⅱ)溶液的最大吸附量为85.85mg/g,为未改性山棕丝的8.42倍;吸附动力学研究表明,改性山棕丝对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级动力学方程,为速率受限过程。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)对改性前后山棕丝结构进行表征,结果表明:高锰酸钾的强氧化性使得山棕丝纤维表面产生了较多的羧基,增加了其表面的吸附位点,从而使改性山棕丝对Pb(Ⅱ)的吸附能力大幅提高。