基于空气阴极微生物燃料电池对孔雀石绿模拟废水的处理及同步产能的研究

孔雀石绿(MG)主要应用于纺织业着色和作为海鲜工业,具有成分复杂、色度高、难降解等特点。本研究分析了空气阴极微生物燃料电池(ACMFC)对MG的高效生物脱色,探索了ACMFC同时用于含不同浓度MG废水的去除和生物发电。结果显示,ACMFC用于处理含MG模拟废水的最大功率密度可达421.34m W/m^(2),对废水中的孔雀石绿染料的48h内去除率可达77%。综上所述,ACMFC可以有效降解废水中的MG,具有较好的应用潜力。但是,在实验的后期发现染料对ACMFC系统的产电性能存在一定的抑制作用,尚需进行进一步研究。

电极构型对空气阴极生物燃料电池发电性能的影响

在空气阴极生物燃料电池(ACMFC)中,从阴极扩散进入阳极的氧气能够被兼性微生物作为电子受体还原,进而导致电子损失严重.本研究利用葡萄糖作底物,对2种不同电极构型的空气阴极生物燃料电池ACMFC1和ACMFC2的功率输出和电子回收进行了比较研究.结果表明,ACMFC1的内阻为302.14Ω,阳极电位为-323mV,最大功率密度为3 070 mW/m3;ACMFC2的内阻为107.79Ω,阳极电位为-442mV,最大功率密度达到9 800 mW/m3.在间歇条件下,ACMFC2可以连续运行220h,电子回收率为30.1%;而ACMFC1只能运行不到50h,电子回收率为9.78%.因此,合理的设计空气阴极生物燃料电池电极构型可以减小内阻,增大电池电动势进而增大功率输出,提高电子回收率.

PEM燃料电池阴极反应的分子模拟

目的通过模拟计算出半反应势能垒,找到反应过渡态,探索PEM燃料电池的特性.方法利用分子模拟软件构建可视化的3D模拟环境对PEM燃料电池阴极进行模拟,模拟环境为水溶液的介电常数为78.5,系统压强为0.1MPa,系统温度为室温.在模拟仿真过程里观察分子反应的同时,计算出反应的反应势能垒,同时找到反应的过渡态.结果模拟结果得到了直接反应和间接反应的能量变化图,势能垒数值以及过渡态产生的时刻和状态.结论过渡态总是出现在能量到达极大值之后一段时间,说明反应过渡态一般处于能量较高的状态.模拟结果对于PEM燃料电池阴极的优化具有重要的参考作用,对提高PEM燃料电池的效率提供帮助.

磁性纳米粒子复合物固定漆酶电极作为酶燃料电池阴极和氧电化学传感器的性能研究

以邻苯二甲酰化壳聚糖和磁性Fe_3O_4纳米粒子纳米复合物为载体,通过吸附方式固定漆酶分子,并将固酶复合物滴涂在电极表面室温干燥得到固定漆酶基电极,采用循环伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法测试了此电极作为酶燃料电池阴极的催化氧还原性能和作为氧电化学传感器的使用性能。实验结果表明,电极在不含电子中介体的溶液中出现一对表征酶活性中心T_1与导电基体之间直接单电子准可逆迁移的氧化还原峰信号(中值电位是798 mV,非常接近漆酶活性中心T_1的式电位780 mV),导电酶分子表面浓度为1.5×10^(-9)mol/cm^2,电子迁移速率0.05s^(-1),氧还原起始电位930 mV,单位时间内底物转化频率0.3个/s。最佳检测条件下,此电极在氧气浓度2.6-33.9μmol/L的范围内,稳态催化电流与氧气浓度能保持良好的线性关系,对氧检出限为0.86μmol/L,灵敏度17.2μA·L/μmol,米氏常数K_M=131.1μmol/L。此电极具有良好的重现性和长期使用性,在pH=4.4时具有最大的催化活力。

空气阴极微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究

采用空气阴极微生物燃料电池,处理主要成分为葡萄糖、乙酸钠、蛋白胨和可溶性淀粉的模拟生活污水,探讨MFC处理模拟生活污水的特性。文章探讨了模拟污水不同浓度对产电的影响,结果表明不同的基质浓度对产电效率影响不是非常显著,MFC最大输出功率为23.67 mW·m-2,COD最大去除率为88%。以不完全复合碳源和单一碳源为基质,探讨了接种混合菌的MFC对基质的选择性。试验结果表明乙酸钠、葡萄糖对接种混合菌的MFC产电不利,MFC处理复杂有机碳源(蛋白胨、淀粉)的产电效率优于处理简单分子有机碳源(葡萄糖、乙酸钠)。试验讨论了硼砂缓冲液对产电的影响,50 mmol·L-1的硼砂缓冲液输出功率密度最大,最大功率为19.77 mW·m-2,COD最大处理率为72%。与投加PBS缓冲液相比,硼砂缓冲液调节阳极电解液效果不佳,硼砂缓冲液出水pH为7.73,且在产电密度方面有微小的下降,但在同等基质浓度的生活污水时电池的库仑效率提高约2倍。

盐度对生物阴极微生物燃料电池脱氮除碳及产电性能的影响

在不同盐度影响下,研究了生物阴极微生物燃料电池(BCMFC)的脱氮除碳及产电性能,分析了COD和NH+4-N的降解动力学以及硝化反硝化酶的活性。结果表明:盐度为10%海水比例的BCMFC性能最佳,TN去除率为86.99%,COD去除率为99%,最大输出功率为2 520 m W/m3,内阻为151Ω;当盐度达到50%海水比例时,污染物去除率下降,输出功率减少至175 m W/m3,内阻增大了约9倍。10%海水比例时的COD降解和NH+4-N的去除动力学级数均为一级,且对应的反应速率常数最大,分别是盐度为70%海水比例的2.4倍和5倍;当盐度达到50%海水比例时,硝化反硝化酶的活性受到明显抑制。

好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池组合工艺处理含氮废水的研究

考察了好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池(MFCs)组合工艺对模拟氨氮废水的处理情况,该组合工艺由好氧MFC(O-MFC)和缺氧反硝化MFC(A-MFC)组成。结果表明:连续运行时,O-MFC和A-MFC的输出功率分别为14.2 W/m3和8.8 W/m3,对COD、氨氮和TN的去除率分别为98.8%、97.4%和97.3%。随着氨氮浓度的增加,A-MFC的功率密度增大,O-MFC的功率密度下降。当氨氮浓度为100 mg·L-1时。

Fe/C微电解-Fenton法预处理锂电池阴极生产废水

采用Fe/C微电解-Fenton法对锂电池阴极材料生产中产生的高浓度废水进行预处理实验。通过正交和单因素实验,结合GC-MS分析,确定各参数的最佳反应条件值。实验结果表明,控制铁碳比为3∶1,铁屑投加量为150 g/L,p H=3,反应时间为60 min时,运用Fe/C微电解可以对锂电池阴极生产废水COD的去除率达到46%左右;以Fe/C微电解出水为基础,调节进水p H=3、H2O2(30%)投加量为2 m L/L、反应时间为60 min时,在室温下对原水COD的去除率为71%左右。B/C也由0.11提高到0.45,废水的可生化性大大提高。同时通过GC-MS进一步验证,确定Fe/C微电解-Fenton组合工艺对NMP(N-甲基吡咯烷酮)具有较好的降解作用。

生物阴极型微生物燃料电池处理氨氮有机废水及产电性能的研究

将生物阴极型微生物燃料电池(BCMFC)阳极室的出水引进阴极,同时阴极采用间歇曝气的方式运行,以人工模拟的氨氮有机废水作为处理对象,探究外接电阻、DO、水力停留时间(HRT)以及碳氮质量比(C/N)对BCMFC的氨氮和有机物(以COD表征)去除效果以及产电性能的影响。结果表明:(1)开路以及50、100、500、1 000Ω条件下,最后出水中氨氮去除率分别为95.33%、86.12%、67.68%、100.00%、99.39%。外接电阻变化对COD的降解无太大的影响。500Ω条件下产电性能最佳。(2)DO为0.2、2.0、3.0、4.0、5.0、7.0mg/L条件下,最后出水中氨氮去除率分别为48.55%、56.56%、84.40%、93.25%、95.76%、97.01%,COD去除率分别为68%、96%、99%、99%、99%、99%。DO会影响整个电池的产电功率。DO设为4.0~5.0 mg/L较合适。(3)C/N为8.3∶1.0、12.5∶1.0、25.0∶1.0、50.0∶1.0条件下,最后出水中氨氮去除率分别为74.68%、73.86%、94.07%、100.00%。C/N对COD的去除没有太大的影响。C/N为25.0∶1.0条件下最大产电功率密度最大。(4)HRT为8、10、13、20、24h条件下,最后出水的氨氮去除率分别为67.67%、79.01%、86.70%、92.72%、96.80%,COD去除率分别为96%、98%、98%、100%、100%。随着HRT的缩短,最大产电功率密度先增大后减小。HRT为20h时BCMFC性能较好。

不同集流方式下对称双阴极固体氧化物燃料电池的电-化-热-力数值模拟及失效分析

本文围绕新型对称双阴极固体氧化物燃料电池电堆单元在不同集流位置下热应力分布情况和优化集流方式,建立了一个基于电-化-热-力多场耦合理论的三维SOFC电堆单元数值模型.引入固体力学热-力学理论,结合Weibull失效概率分析方法,讨论了不同集流方式对SOFC内部应力分布及失效的影响.研究结果表明,双侧阴极同时开展电子集流方式下的电解质平均电流密度比单侧单一集流方式下高,改变阳极集流位置会改变电极高温区的分布;SOFC电堆单元上电极结构处的最大主应力明显大于其他组件上的最大主应力;阳极集流位置设置在阳极气体入口处时电极结构上的最大主应力和失效概率大于集流位置设置在阳极气体出口处的最大主应力和失效概率.

固体氧化物燃料电池阴极性能稳定性的研究进展

由于具有能量转化率高、燃料多样、环境友好、全固态结构等特点,固体氧化物燃料电池(SOFC)受到了广泛的关注,然而,长期工作过程中阴极性能衰减等问题使得SOFC的商业化进程受到了阻碍。从微观形貌变化、阴极-电解质界面固相反应、元素表面偏析、S毒化、Cr毒化等方面,对引起阴极性能衰减的因素及其衰减机制进行了详细地论述,在此基础上,对各衰减因素相对应的抑制方法进行了简要介绍。

新方法造出无钴高容量电池阴极

美国科学家开发出一种生产锂离子电池阴极的新方法,生产出了新型无钴高容量锂离子阴极材料。这种方法有望使科学家们使用毒性更低材料,更快更高效地研制出更加物美价廉的锂离子电池。相关研究刊发于最新一期《能源杂志》。目前,手机及大多数电动汽车内使用的锂离子电池都由一个阴极和一个阳极组成,中间有电解质,在将化学能转化为电能的反应中,离子通过电解质从阳极移动到阴极。在脱碳和电动汽车需求量大增的时代背景下,社会对能量密集型阴极的需求也与日俱增,但传统生产方式面临不少挑战,首先是对稀土元素钴的依赖,其次是现有制造过程耗时长且较危险。

植物阴极-沉积型微生物燃料电池处理含铬废水

应用植物阴极-沉积型微生物燃料电池(PC-SMFC)系统处理含铬废水及沉积物,探究了阴极材料和植物对PC-SMFC系统去除污染物效果及产电性能的影响。结果表明,以不锈钢网为阴极集电装置、菖蒲为植物的PC-SMFC装置的处理效果最佳,当上覆水Cr^(6+)初始浓度为108.14mg/L、COD初始浓度为978 mg/L时,可获得的最大输出电压和输出功率密度分别为0.4990 V和14.87 mW/m^(2),对上覆水中COD、Cr^(6+)的去除率分别为93.66%和99.29%,对沉积物中有机质和Cr^(6+)的去除率分别为15.69%和79.11%,对总铬的固定率为65.33%。经PC-SMFC系统处理后,各装置沉积物中生物有效态铬向较为稳定的铁锰结合态和残渣态铬转化,即PC-SMFC对稳定沉积物中的铬具有促进意义。

废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究

利用厌氧活性污泥作为接种体成功地启动了空气阴极生物燃料电池(ACMFC),110h的接种产生了0.24V的电压;以乙酸钠和葡萄糖作底物分别产生了0.38V和0.41V电压(外电阻1 000Ω),最大功率密度分别达到146.56 mW/m2和192.04mW/m2,表明有机废水可以用来发电;同时,乙酸钠和葡萄糖的去除率分别为99%和87%,表明燃料电池可以处理废水.二者的电子回收率均在10%左右,主要是由于阴极对氧气分子的透过作用引起的微生物好氧呼吸导致电子损失.生物燃料电池可以将有机废水中的化学能直接转化为最清洁的电能,同时又能处理污水,具有显著的环境效益和经济效益.

PMMA模板制备LaMnO_(3)及其电化学性能研究

采用PMMA(聚甲基丙烯酸乙酯)根据Stober-Frink法制备出PMMA微球,并将其作为模板剂,以柠檬酸为络合剂,乙醇和蒸馏水为溶剂,通过混合搅拌、沉淀和去除模板剂等过程来制备得到LaMnO_(3)。利用粉末X射线衍射技术(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附等手段表征分析了催化剂样品LaMnO_(3),并对其进行了电化学性能测试。结果表明,以PMMA微球为模板可制备出球形空洞的多孔LaMnO_(3),其具有良好的氧还原反应(ORR)活性和氧析出反应(OER)活性,23.005 m^(2)/g的比表面积远大于由共沉淀法制备的LaMnO_(3),当作为铝空气电池阴极催化剂材料时,相比于共沉淀法制备的LaMnO_(3)其恒流放电稳定、放电电压高。

高耐甲醇性和稳定性的纳米复合阴极催化剂(英文)

报导了一种由酞菁氧钛、铂金属纳米簇和氮杂化碳纳米角结构基元组装而成的新型纳米复合电化学催化剂(TiOPc-Pt/NSWCNH)的制备、表征及电催化性能.在TiOPc-Pt/NSWCNH催化剂中,氮杂化碳纳米角堆积形成多孔导电网络,铂纳粒子均匀地分散于上述多孔导电网络中,部分铂纳粒子与TiOPc微晶直接接触.在甲醇存在的条件下,TiOPc-Pt/NSWCNH对氧还原反应表现出高催化活性和优良的选择性与稳定性.在甲醇浓度为0.5mol·L-1的高氯酸水溶液中,TiOPc-Pt/NSWCNH催化氧还原反应的起始电位比商购Pt/C-JM催化剂提高了260mV,其质量活性和比活性(0.85V(参比电极为可逆氢电极(RHE)))分别为83.5A·g-1和0.294mA·cm-2,远高于Pt/C-JM催化剂.在含氧气氛下,于甲醇高氯酸水溶液中,对TiOPc-Pt/NSWCNH和TiOPc-Pt/C催化剂进行了循环伏安法加速老化实验研究(0.6-1.0V,15000个循环),结果表明TiOPc-Pt/NSWCNH具有更高的稳定性.TiOPc-Pt/NCNH催化剂的高耐醇性可能得益于由TiOPc微晶向Pt纳米粒子的电子转移,其高稳定性主要得益于氮杂化碳纳米角的高石墨化程度及纳米角堆积而成网络结构.

化学锰半导体性质与电池活性

本文探讨以直接氧化法生成的初级二氧化锰经过重质化处理后,所研制的化学二氧化锰(CMD)的半导体性质,以及质子在MnO_2晶体内部的扩散速率对MnO_2电池活性的影响。研究结果表明:样品表现出n—型半导体的特征,与初级品相比较,其电子浓度、电子迁移率增大;结合水含量增多;表面OH基团数目减少。在9mol/LKOH溶液中进行放电时,主要是由质子在MnO_2晶格中的扩散来决定MnO_2的品质。

碱锰电池用化学二氧化锰的研制

本文报道以直接氧化法生成的初级化学二氧化锰经饱和水蒸汽处理后,进行重质化处理,制成碱锰电池用化学二氧化锰,从X射线衍射、扫描电子显微镜照片、热重分析、红外光谱的测试,发现成品的理化性能和结合水含量有较大的改进,电化学活性也有较大提高,所制成LRO3实体电池电性能优良。

微生物燃料电池测定生活污水BOD方法

为缩短生化需氧量(BOD)检测时间,研究了一种基于空气阴极微生物燃料电池技术快速测定生活污水中BOD的方法.利用葡萄糖作为单一底物,研究电池电压输出和葡萄糖质量浓度的关系,发现二者遵循Monod方程式.在葡萄糖质量浓度小于100mg/L时,电压输出和葡萄糖质量浓度呈现良好的线性关系.利用空气生物燃料电池测定污水处理厂曝气沉砂池、初沉池和曝气池出水的BOD仅需10h,有效缩短了BOD的检测时间。