微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.     

秸秆压块与燃煤供热系统生命周期环境排放对比研究

为证明采用秸秆压块燃料替代煤炭进行供热的可持续性,对秸秆压块和燃煤供热系统的生命周期环境排放进行了对比分析.基于我国2012年投入产出表,构建了投入产出生命周期评价(IO-LCA)和过程生命周期评价(PLCA)相结合的混合生命周期评价(Hybrid-LCA)模型,核算了玉米秸秆压块和燃煤供热系统供应1 GJ热的生命周期CO2、SO2、NOx和PM2.5排放.结果显示,秸秆压块供热系统的生命周期CO2排放量为7 kg·GJ-1热,比燃煤供热排放减少121 kg.此外,秸秆压块供热系统比燃煤供热系统可以分别减少SO2排放98%、NOx排放76%和PM2.5排放58%.控制原料水分,通过减少原料收集和能源转化过程中的耗损,减少能源转化过程的电力消耗以及控制原料收集半径等可以有效改进秸秆压块供热系统环境表现.     

Direct methanol fuel cell bubble removal mechanism using magnetic actuation

This article develops a direct methanol fuel cell (DMFC) with a magnet-actuated bubble removal mechanism. A micro-DC motor is used to control the bubble removal mechanism. The lower magnetic device is operated to extrude a Polydimethylsiloxane (PDMS) runner to compress the liquid fuel in the anode flow channel, forcing the CO₂ bubbles in the runner to flow toward the outlet end. The bubble retention in the anode flow channel is thereby improved, enhancing the cell performance. The proposed mechanism stability and performance and Polymethylmethacrylate (PMMA) runner are also discussed.     

生物阴极式碳纸隔膜微生物燃料电池的反硝化和产电性能

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究结果显示,对于生物阴极式MFC,阴极室中最适宜反硝化细菌生长的NO-3-N浓度为99.2 mg/L,此时输出电压最高可达0.11 V,1 h内NO-3-N的去除率达到80.0%,COD去除率为62.8%;以涂PTFE的碳纸代替PEM的生物阴极式MFC与有PEM的MFC最高输出电压基本一致(均达到0.22 V,外阻500Ω),但碳纸隔膜MFC的产电更稳定。结果验证了廉价隔膜生物阴极式MFC的可行性,并为其应用于污水脱氮奠定基础。     

离子液体对废旧印刷线路板中铜、锌、铅的浸出规律

以离子液体1-丁基磺酸-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐([BSO_3HMIm]OTf)为浸出剂,初步研究了WPCBs浸铜过程中锌和铅浸出率的影响因素。实验结果表明:铜、锌的浸出率随着WPCBs粒径的减小、H_2O_2溶液加入量的增大而增大,铜的浸出率随浸出温度的升高先增大后减小,锌的浸出率受浸出温度影响不大;铅的浸出率受5种因素影响不大,且总体处于较低水平。在WPCBs粒径为0.100~0.250 mm、离子液体加入量为60.0%(φ)、H_2O_2溶液加入量为7.5%(φ)、固液比为1∶15、浸出温度为50℃的条件下,铜、锌、铅的浸出率分别为99.84%,93.25%,22.46%。     

生化需氧量测定的方法改进

生化需氧量测定中接种液的制备和稀释倍数的确定是2个关键的步骤，本文提出一种可行的制备接种液的方法，根据实践经验，总结出一种稀释倍数计算方法，适合在实际分析中使用。     

阴极液及底物浓度对AFB-MFC同步废水处理及产电性能影响

为了提高厌氧流化床微生物燃料电池（AFB-MFC）的性能，并为双室MFC寻找价廉、易得、无污染的阴极液，在曝气量16～24 L/h、温度（35±2）℃、回流量10.2 L/h、阴极底边距阴极室内底部17.3 cm、外电阻250 Ω、水力停留时间（HRT）14.0～14.9 h以及进水pH 7.81～8.37下，研究了阴极液及底物浓度对系统产电及废水处理性能的影响。结果表明，使用缓冲溶液、阳极室出水和自来水作阴极液时，自来水的产电性能最佳，阴极液种类不影响系统有机基质的去除。以自来水为阴极液时，阴极液pH及电导率随运行时间增加而增加，COD去除率为80.11%～89.29%，输出电压及功率密度开始随运行时间增加而增加，之后稳定在440～452 mV和48.40～51.08 mW/m²之间。增加底物浓度对COD去除率影响不大，而输出电压及功率密度随底物浓度增加而下降；底物COD浓度由3 307.09 mg/L增至9 520 mg/L时，COD去除率在85.77%～94.44%之间，输出电压及功率密度则分别由449 mV和50.40 mW/m²下降至406 mV和41.21 mW/m²。自来水作阴极液可避免二次污染及阴极液对阳极室微生物的影响，并得到高的产电能力。     

基于质量流率离散方法的液氨储罐泄漏扩散模型的研究

针对高斯模型中忽略物质质量流率的变化导致模拟结果与实际存在偏差的问题,将物质质量流率根据泄漏持续时间进行离散化处理,获得不同时间段的物质泄漏量,以此对高斯烟团叠加模型进行修正,得到若干烟团不同时刻的浓度分布模型,并以液氨储罐泄漏事故为研究对象,获得较恒速泄漏条件具有明显差异的有毒云团危害区域。针对其后果偏差产生的原因——罐内初始压力Pn及储罐的充装水平α进行研究,分别比较在不同的Pn及α取值情况下泄漏后果的变化及差异。研究表明,增大Pn或减小α能够有效减小液氨泄漏的危害距离,并且会减小恒速泄漏条件分析后果的偏差,对液氨等罐区的管理提供依据。     

厌氧折流板式微生物燃料电池堆影响因素研究

微生物燃料电池(MFC)中输出电压/电流的提升,以及反应器体积的扩展放大是其工程化应用的关键。本文构建了一个总体积为6.4 L的新型厌氧折流板式微生物燃料电池堆(ABSMFC)。以葡萄糖作为底物,探讨了阳极材料、液面高程差和水力停留时间(HRT)等因素对ABSMFC性能的影响。结果表明,碳纤维毡作为阳极时,电池单体外电路平均分压(R_(ex)=1 000Ω)为210 mV,填充石墨颗粒后增加到319.8 mV。格室间存在液面高程差时,电池单体、串联和并联的功率密度分别为207.1、181.1和215.7 mW/m~2,当无液面高程差(即水力相连)时为205.8、69.5和151.5 mW/m~2。4个电池单体串联和并联连接时,HRT对ABSMFC的产电稳定性无影响,溶解性COD的去除率和库仑效率均随HRT的增加而升高,且并联效果优于串联。     

重金属Cr(VI)、Pb及Cu胁迫对双齿围沙蚕体腔细胞的DNA损伤

为探讨重金属Cr(VI)、Pb以及Cu对沙蚕体腔细胞DNA的毒性效应,以双齿围沙蚕为受试动物,重金属按不同剂量水平,Cr(VI):10、100和200 mg·L~(-1),Pb:5、50和100 mg·L~(-1),Cu:1、10和20 mg·L~(-1),分别胁迫沙蚕24 h,以不加任何重金属离子的海水为对照,采用单细胞凝胶电泳技术,检测其体腔细胞DNA损伤程度。结果表明,与空白对照组相比,3种重金属离子的各浓度组都能引起沙蚕体腔细胞DNA损伤,且3种重金属胁迫浓度与细胞DNA损伤程度之间存在显著的剂量-效应关系。双齿围沙蚕可以作为单细胞凝胶电泳的实验材料用于重金属所致环境污染的生物监测指示生物。