玉米秸秆微生物燃料电池产电性能的研究

【摘要】： 随着能源供求关系的不平衡,人们越来越重视对后续能源的开发,并强调能源形式的多样化。近年来,微生物燃料电池(MFC)已成为一个研究热点。将玉米秸秆与微生物燃料电池结合,不但可以解决秸秆的有效利用问题,还可以通过微生物燃料电池将秸秆中蕴藏的化学能直接转化为电能,具有广阔的发展前景。 本论文将汽爆玉米秸秆经过Ca(OH)2过量法解毒洗涤后,得到秸秆水洗液和剩余固体两部分。利用空气阴极单室瓶形反应器,研究了以这两部分分别作为“燃料”时反应器的产电性能。结果表明,水洗液经过稀释后(1000mg/L)可以作为反应器的底物进行产电,得到的最高功率密度为644mW/m2 ,与相同浓度的木糖做底物时得到的功率密度696W/m 2相当。水洗液的缓冲强度和电导率对MFC的功率输出有很大影响,在低电导率条件下(20mS/cm),缓冲液浓度从50mM提高到200mM,功率输出提高100%。而当电导率升高到20mS/cm时,缓冲强度对功率输出几乎没有影响(987±38mW/m2)。 以本实验室筛选和保存的纤维素降解菌Chaetomium spp.和Bacillus spp.与纤维素降解混合菌PCS-S和H-C为秸秆降解的生物催化剂,探讨了以秸秆为底物进行生物产电的可行性。纤维素降解纯菌和混合菌均能使纤维素降解,但没有电流产生,但加入产电菌后,秸秆在纤维素降解混合菌H-C和产电菌联合作用下降解并产生电流。以汽爆预处理的玉米秸秆作底物时,加入H-C可以获得502mW/m2的功率密度,高于未经预处理的玉米秸秆(448mW/m2)。纤维素酶可以作为单独底物产电,当它与秸秆共同作为底物时,功率密度仅提高12.7%。升高环境温度抑制了产电菌的活性,从而降低了MFC的功率输出。 【关键词】：微生物燃料电池 产电 玉米秸秆 水洗液 纤维素降解菌
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 MFC的产电机理9-10
• 1.2 课题背景及意义10-12
• 1.3 国内外研究现状分析12-18
• 1.3.1 MFC发展简史12-13
• 1.3.2 MFC的构型13-16
• 1.3.3 MFC可利用的底物16-18
• 1.4 MFC的应用和前景18-19
• 1.4.1 MFC的应用18
• 1.4.2 MFC的前景18-19
• 1.5 课题来源及主要研究内容19-21
• 1.5.1 课题来源19
• 1.5.2 主要研究内容19-21
• 第2章 实验材料与方法21-28
• 2.1 实验材料21-23
• 2.1.1 底物21-22
• 2.1.2 纤维素降解菌22
• 2.1.3 纤维素酶22
• 2.1.4 产电菌源22-23
• 2.1.5 磷酸盐缓冲溶液23
• 2.2 研究方案23-24
• 2.2.1 MFC反应器23-24
• 2.2.2 技术路线24
• 2.3 分析与测量方法24-28
• 2.3.1 数据采集与计算方法24-25
• 2.3.2 测量方法25-28
• 第3章 汽爆秸秆水洗液产电特性研究28-40
• 3.1 秸秆水洗液产电可行性28-32
• 3.1.1 水洗液与纯底物产电性能对比28-31
• 3.1.2 水洗液与实际废水产电性能对比31-32
• 3.2 不同浓度秸秆水洗液的产电分析32-34
• 3.3 影响秸秆水洗液产电的因素34-39
• 3.3.1 磷酸盐缓冲溶液的影响34-36
• 3.3.2 溶液电导率的影响36-37
• 3.3.3 对产电影响因素的讨论37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 汽爆秸秆水洗后剩余固体产电特性研究40-51
• 4.1 纤维素降解菌的筛选与确定40-43
• 4.1.1 纤维素降解菌的筛选40-41
• 4.1.2 纤维素降解菌的确定41-43
• 4.2 H-C与产电菌联合产电特性43-49
• 4.2.1 H-C利用玉米秸秆产电的可行性43-45
• 4.2.2 底物投加模式对产电的影响45-48
• 4.2.3 产电温度的选择48
• 4.2.4 纤维素酶对产电过程的贡献48-49
• 4.3 利用固体底物产电的库仑效率分析49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-57
• 攻读学位期间发表的学术论文57-59
• 致谢59

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