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《天津大学》 2007年
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复合微生物燃料电池的研究

张鑫  
【摘要】: 微生物燃料电池是可以将有机物中的化学能直接转化为电能的反应器装置。随着研究的深入,微生物燃料电池已可以利用各种污水中所富含有机物质进行电能的生产。它的发展不仅可以缓解日益紧张的能源危机以及传统能源所带来的温室效应,同时也可以处理生产和生活中的各种污水。因此微生物燃料电池是一种无污染、清洁的新型能源技术,其研究和开发必将受到越来越多的关注。 本论文采用了双极室微生物燃料电池系统,以复合菌作为阳极产电菌种,主要考察了原复合菌的产电性能,以及温度、COD浓度、搅拌、阳极pH等操作条件对复合菌微生物燃料电池系统性能的影响;并进一步研究了组成复合菌体系的各种单菌对系统产电性能的影响。实验结果表明,我们所采用的复合菌体系在模拟污水中具有一定的产电能力,经驯化培养后系统的输出功率增加了146%,并证实复合菌产电主要集中在阳极的微生物膜上;系统的性能受初始COD浓度和阳极pH的影响较大,在酸性条件下获得了最大输出功率149.17mW/m~2。在产介体菌种的分析实验中,证明光合细菌和放线菌均能产生一定量的介体以促进系统的电子转移。复合菌中的乳酸菌的产电性能较好,在COD为1500mg/l的人造污水的最大输出功率为109.21mW/m~2,分别是其它菌种的6.85倍(放线菌)、7.93倍(酵母菌)和13.86倍(光合细菌)。 为了进一步考察以复合菌为产电菌种的微生物燃料电池系统利用实际污水的能力,我们分别采用华润啤酒污水(COD=579mg/l)和海河乳业污水(COD=586mg/l)进行了产电性能的实验,其分别获得了112.22mW/m~2和34.93mW/m~2最大输出功率,说明了以复合菌为产电菌种的微生物燃料电池在实际污水应用中具有可行性。 同时我们还利用循环扫描伏安法(CV)和环境扫描电镜(ESEM)等手段对复合菌以及各单菌的电化学性能和生物膜形态进行了鉴定和分析。结果证实了复合菌是一以乳酸菌为优势产电菌种的相互影响的共生体系,光合细菌和放线菌可以产生较多的氧化还原介体来完成复合菌中电子在阳极的转移。在此基础我们对复合菌阳极的电子转移机理进行了简单的分析,认为复合菌是通过细胞表面的膜联物质、纳米线以及菌体分泌的氧化还原介体同时完成阳极的电子转移。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM911.4

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