水力停留时间对复合式厌氧折流板反应器乙醇型发酵制氢系统的影响

水力停留时间(HRT)是厌氧生物制氢工艺的重要工程参数.以红糖废水为底物,研究了HRT对复合式厌氧折流板反应器(HABR)作为乙醇型发酵制氢系统产氢效能的影响.结果表明,在设定的8~36 h范围内的5个HRT中,当HRT为12 h时,HABR制氢系统的效果最佳,产氢速率为13.86 mmol·(h·L)-1,COD去除率为51.51%,五格室的pH值在4.22~4.47之间,液相主要产物为乙醇和乙酸,第1~5格室乙醇和乙酸的比值分别为1.90、1.94、1.80、1.77、1.91,最佳能量生产为11.11 kJ·(h·L)-1.     

牛粪混合液微生物燃料电池长期运行稳定性研究

长期运行稳定性是微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)技术的一项重要特征,是其能否走向实际应用的关键.生物阴极MFC利用牛粪产电的长期运行特征的研究表明,该MFC可长期、高效、稳定地产电.在100Ω外电阻下,171 d的运行期内,电池功率密度平均为6.77 W·m-3±2.11 W·m-3.第70 d的电池开路电压、内阻、最高功率密度分别为0.874 V、22.1Ω和14.1 W·m-3.随着运行时间延长,每30 d的总化学需氧量(total chemical oxygen demand,TCOD)去除量不断递减,而库仑效率(Coulomb efficiency,CE)不断递增,在121~150 d,CE可达17.5%±3.3%.阳极微生物群落结构分析表明,Proteobacteria(45%)、Bacteroidetes(22%)、Firmicutes(17%)、Actinobacteria(11%)在阳极生物膜中占有优势地位.Clostridium、Cellulomonas等已被证明具有产电能力或纤维素降解能力的细菌是阳极生物膜中的关键功能种群.     

两种接种源微生物燃料电池同步降解刚果红与产电性能研究

分别以印染废水污泥和生活污水污泥接种微生物燃料电池(MFC-I和MFC-M),以刚果红为模型染料,研究了接种源对MFC同步脱色偶氮染料和产电性能的影响.结果表明,接种源对MFC同步降解刚果红与产电性能影响显著.产电方面,MFC-I的启动电压高于MFC-M,但稳定运行后二者最大输出电压差别不大.稳定运行阶段,MFC-M最大功率密度达到29.09 mW·m-2,比MFC-I高2.11倍;阳极极化阻抗(R ct)为748.9Ω,比MFC-I低38.0%.脱色方面,MFC-I对刚果红的脱色速率比MFC-M高14.4%~20.3%;但脱色产物一样,均为2-氨基—1,4-萘醌、2,2'-二氨基联苯、4,4'-二氨基联苯.经分离、纯化和鉴定,二者阳极均存在优势菌Pseudomonas sp.,但MFC-M阳极还存在优势菌Bacillus sp.,而MFC-I的阳极还存在优势菌Aquamicrobium sp..     

混菌接种条件下微生物燃料电池芯片的产电特性研究

微生物燃料电池(MFC)芯片因具有体积小、运行条件温和、产电稳定等优点而有可能成为一种新型的野外水环境监测系统中传感器供能方式.但目前采用纯菌种及贵重金属阳极构建的MFC芯片,不仅成本较高且纯菌种在复杂环境条件下不易存活和保持稳定.因此,本文通过采用混合菌群接种,以活性炭为阳极,构建了阳极体积为50μL的MFC芯片,发现其稳定运行最大输出电流为3.5μA,平均运行周期为8.0 h,最大输出功率约为160 nW,最大功率密度为10.2 mW·m-2.EIS分析结果表明,MFC芯片的总内阻约为35.6 kΩ,其中,阴阳极内阻占主要部分.本研究制备的MFC芯片产电性能达到了同类采用纯菌株及Au作阳极的MFC芯片的性能,表明采用低成本材料为阳极,接种混合菌液的MFC芯片是完全可行的.     

微生物电解池效能及其与微生物燃料电池的联合运行探索

微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)可在微生物的作用下利用电化学技术将废水中的有机物化学能转化为氢能。由于其属于低能耗设备,微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)所产生的电能就可以为其运行提供电源。因此,为探索以氢气的形式储存MFC所产生电能的可能性,该试验首先构建了双室MEC,研究其运行条件和效能的影响因素;随后将MFC和MEC联合运行,利用MFC为MEC供电,并讨论联合运行系统内MFC与MEC的相互影响。研究发现MEC运行必须同时具有电化学功能菌、有机物和外加适宜电压3个必要条件;间歇运行试验发现阳极进水pH值为7.0时,MEC的氢气产量最高;而连续运行可使MEC阳极液的pH值维持在中性,阴极持续稳定产气,MEC高效稳定运行的最佳COD浓度约为600 mg/L。在MFC-MEC联合运行试验中,MFC输出电压高于280 mV时,电路中即有明显的电流出现,且随着阳极有机底物的消耗呈现出一定的变化规律,表明采用MFC为MEC运行供电是可行的。     

燃料电池碳载PtSn纳米复合催化剂的研究

本文以SnO、Pt(NO3)2为原料,通过直接热分解途径制备Pt的质量分数为20%的PtSn/C催化剂。XRD表征催化剂的结构,并与ETEK公司20%Pt/C催化剂的XRD进行比较,同时利用电化学方法研究了PtSn/C催化剂中不同形态的Sn对其催化性能的影响。结果表明:扫描初期,PtSn/C催化剂的表面处于富Sn状态时,峰电流密度较小;随着扫描圈数的增加,催化剂表面暴露出大量的PtSn合金,PtSn协同效应明显,导致0.47V处催化剂对乙醇氧化的峰电流密度快速增大;但随着扫描圈数的继续增加,合金态的Sn溶解,催化剂的电催化性能下降;继续增加扫描次数,催化剂表面Pt原子发生了重组,氧化峰电流密度减小。     

气相色谱-脉冲氦离子化检测法(GC-PDHID)分析大气中分子氢(H2)浓度

在商用Agilent7890A型气相色谱的基础上,通过自组装、集成及调试,建成了基于气相色谱-脉冲氦离子化检测器(GCPDHID,gas chromatography-pulsed discharge helium ionization detector)观测大气中H2浓度的高精度分析系统.系统采用保留时间定性,峰高定量,最低检测限约为1×10-9(摩尔分数,下同).对浓度约为600×10-9的标气重复进样140次用峰高定量的标准偏差优于0.3×10-9.系统对409.30×10-9~867.74×10-9浓度范围的大气H2具有较好的线性响应.系统使用2瓶标气定量,满足世界气象组织/全球大气观测计划(WMO/GAW)对本底大气H2观测的比对目标.2013年1~11月在广州城区开展大气H2采样观测,采集的样品运回北京实验室利用所建系统进行浓度分析,结果表明该城区大气H2浓度在450×10-9~700×10-9之间波动,观测到最低值出现在每日14:00(北京时,下同),最高值在20:00,其大气H2季节变化趋势与北半球同纬度站点情况类似.     

阳极内添加阳离子交换树脂提升辊压“三合一”膜电极MFC性能

阳极-隔膜-阴极的"三合一"膜电极结构能够最大程度减小阴阳极间距,提高微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的输出功率.为进一步提高MFC性能,本研究使用非贵金属材料构建了辊压"三合一"膜电极系统,其欧姆内阻降低至3~5Ω.以乙酸钠为底物,MFC的最高功率密度达到446 m W·m-2.向阳极内添加固体小球(如聚苯乙烯球和玻璃微球)可在辊压过程中增加阳极表面和内部的大孔,强化电解液向阴极的传递从而使MFC的功率密度提升10%.添加阳离子交换树脂能够进一步强化阳极内部的质子传递,提高阴极电位,从而将功率密度提升至543 m W·m-2.此外,阳极内添加阳离子交换树脂还可提高电池运行的稳定性和库仑效率.     

发改委公布第五批重点节能技术推广目录49项投资10.6亿元

国家发改委近日正式公布第五批国家重点节能技术推广目录。目录包括49项节能项目,投资额约为10.6亿元,预计到2015年这批节能技术的推广总投入超过1300亿元。第五批目录涉及煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、机械、轻工、建筑、交通、通信等12个行业,包括发动机智能冷却技术、高速公路电子不停车收费技术、混合动力交流传动调车机车技术、旋切式高风温顶燃热风炉节能技术、烧结砖隧道窑辐射换热式余热利用技术等。目录中所载技术目前的推广比例均偏低,部分技术推广比例还不足1%。预计到2015年,推广比例将大幅增加,届时将带来3782万吨标准煤/年的节能总量。     

磁性纳米氢氧化锆对硫酸根吸附特性研究

以纳米四氧化三铁、氧氯化锆和氨水为原料,用溶胶凝胶法合成了磁性纳米氢氧化锆。通过静态吸附试验研究磁性纳米氢氧化锆对硫酸根的吸附性能。考察了溶液初始pH、吸附剂投加量、温度等因素对吸附效果的影响。结果表明:pH是影响吸附的重要因素,适宜的pH为1~2。吸附容量、去除率均随投加量增大而增大,之后去除率趋于平衡。磁性纳米氢氧化锆对硫酸根吸附过程符合Langmuir单分子层模型。对热力学参数ΔG0、ΔH0、ΔS0进行分析,表明磁性纳米氢氧化锆对硫酸根的吸附为吸热、熵值增加的自发过程。动力学分析表明,准二级动力学模型能更准确地拟合动力学过程。对吸附饱和的磁性纳米氢氧化锆进行脱附和再吸附,脱附率可达90%,再吸附容量为90 mg/g,表明磁性纳米氢氧化锆是一种磁分离性能良好的可以重复利用的硫酸根吸附剂。