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微生物燃料电池处理苯胺和硝基苯废水的研究

作　者: 张超
导　师: 王连军；沈锦优
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 微生物燃料电池苯胺硝基苯降解电化学交流阻抗谱
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

微生物燃料电池(MFC)是可以实现能量转换及产能的新装置。在废水处理领域,它能够在处理有机废水的同时收获电能。本文研究了MFC对苯胺和硝基苯废水的处理及相应的产电性能。首先,实验组装了石墨颗粒填充双室微生物燃料电池,以铁氰化钾为阴极电子受体,分别以纯乙酸钠,苯胺加乙酸钠以及纯苯胺为阳极电子供体研究了MFC的启动情况。然后,实验分别考察了有乙酸钠和无乙酸钠存在时苯胺在MFC中的降解及产电情况。结果表明：当MFC阳极液中加入乙酸钠时,会使MFC产生的电流增加,但乙酸钠的存在会使苯胺的降解速率降低。当以纯苯胺作为阳极燃料时,考察了不同外阻及不同苯胺浓度条件下MFC对苯胺的降解情况及相应的MFC产电性能。实验结果表明MFC能够在降解苯胺的同时对外输出电流。最后,实验研究了MFC对硝基苯废水的处理情况。实验过程中以乙酸钠为阳极电子供体,以硝基苯为阴极电子受体,考察了不同阴极电位及水力停留时间下MFC对硝基苯的还原能力,并对还原机理进行了分析。实验还利用电化学阻抗谱(EIS)对以苯胺为阳极燃料,硝基苯为阴极电子受体的MFC内阻进行了分析计算,发现扩散内阻是MFC内阻的主要组成部分。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 微生物燃料电池在废水处理和产能方面的发展  10-12
  1.3 微生物燃料电池的基本原理和构型  12-13
  1.4 本课题研究背景和意义  13-15
  1.5 本课题主要研究内容  15-16
2 实验材料与分析测试方法  16-27
  2.1 实验仪器与药品  16-17
  2.2 实验装置  17-19
    2.2.1 电池构型及材料  17-18
    2.2.2 实验装置及仪器的连接  18-19
  2.3 实验所需反应液的配制  19
  2.4 实验分析与测试方法  19-24
    2.4.1 微生物燃料电池产电的热力学及动力学分析  20-21
    2.4.2 MFC电化学性能指标与测试方法  21-23
    2.4.3 MFC废水处理指标  23-24
    2.4.4 石墨颗粒表面微生物形态分析  24
  2.5 微生物的接种和电子受体的选择  24-26
    2.5.1 MFC接种源的选择  24-25
    2.5.2 MFC电子受体的选择  25-26
  2.6 MFC的运行和控制方法  26-27
3 MFC不同电子供体的启动研究  27-34
  3.1 以乙酸钠为单一燃料时反应器的启动特点  27-29
  3.2 以乙酸钠和苯胺为共同燃料时MFC的启动特点  29-32
  3.3 以纯苯胺为单一燃料时MFC的启动特点  32-33
  3.4 小结  33-34
4 MFC对苯胺废水的降解及产电性能研究  34-45
  4.1 微生物燃料电池对苯胺的降解研究  34-37
    4.1.1 苯胺和乙酸钠共同为阳极燃料时苯胺在MFC中的降解情况  34
    4.1.2 苯胺单独作为阳极燃料时在MFC中的降解情况  34-37
  4.2 MFC以苯胺为基质时的产电性能研究  37-44
    4.2.1 不同外阻条件下产电性能的比较  37-39
    4.2.2 不同外阻条件下的库仑效率分析  39
    4.2.3 不同浓度苯胺为燃料时MFC的产电性能比较  39-41
    4.2.4 不同浓度苯胺为燃料时MFC的库仑效率  41
    4.2.5 连续流时不同阳极电位下的苯胺降解及产电情况  41-44
  4.3 小结  44-45
5 MFC对硝基苯的降解及产电性能研究  45-58
  5.1 不同阴极电位及水力停留时间下硝基苯的还原  45-50
  5.2 以硝基苯为阴极电子受体的MFC能耗分析  50-52
  5.3 阴极硝基苯降解/还原产物及其途径分析  52-54
  5.4 MFC内阻的分析测试及等效电路的建立  54-57
  5.5 小结  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-66
附录  66-67
附图  67-69

微生物燃料电池处理苯胺和硝基苯废水的研究

内容摘要

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