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基本信息

項目名稱:
微生物燃料電池處理廢水的實驗裝置及其測試系統
小類:
能源化工
簡介:
本作品是一套將生物化學能轉化為電能的裝置。裝置分為三部分,分別為圓柱型微生物燃料電池,微生物燃料電池控溫裝置和微生物燃料電池測試儀。 其中,圓柱型微生物燃料電池是雙室燃料電池,結構緊湊、利于擴展及放大??販匮b置能使整個燃料電池處于恒溫。測試儀器的硬件主要包括數據采集卡,數據處理芯片和電源,能隨時跟蹤測試電池的各種電化學性能參數。
詳細介紹:
本作品是一套將生物化學能傳化為電能的裝置。裝置分為三個部分,分別為圓柱型微生物燃料電池、微生物燃料電池溫控裝置、微生物燃料電池測試儀。 其中圓柱型微生物燃料電池由陽極室、陰極室、質子膜組件、硅膠墊圈、緊固螺栓和底座構成。陽極室和陰極室設有電極插孔、取樣孔和排氣孔。這種圓柱型微生物燃料電池優點是電池主體采用圓柱型,陰陽兩室距離近,電池的電阻小、功率高;質子膜與隔板間加有硅膠墊片,確保氣密性良好,陰極氧氣不會擴散到陽極,提高了電池的庫倫效率;進氣孔方向與電池池底平行,氣體沿電池池底切向進入,使氣流沿電池組內壁流動,不會影響電極工作;結構緊湊、利于擴展及放大、造價低廉。 微生物燃料電池控溫裝置能夠分析微生物燃料電池處理廢水過程中溫度對其產電性能的影響。該控溫裝置由水槽、擋板、鈦加熱管、熱電偶、循環水泵、半導體制冷器和電器控制儀表構成。利用此控溫裝置可以根據反應溫度的需要實現溫度的上升和降低,為微生物燃料電池運行工藝條件的深入研究提供有力的實驗條件。 此外,基于微生物生物燃料電池系統的特點和特殊要求,開發出了微生物燃料電池測試儀。該測試儀器的硬件主要包括數據采集卡,數據處理芯片和電源。操作軟件界面簡潔明了,測試方法和數據保存操作簡單,可以實時紀錄微生物燃料電池反應器的各種參數的變化,為電池系統的性能測試提供了技術支持。

作品圖片

  • 微生物燃料電池處理廢水的實驗裝置及其測試系統
  • 微生物燃料電池處理廢水的實驗裝置及其測試系統
  • 微生物燃料電池處理廢水的實驗裝置及其測試系統

作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

本作品設計目的是克服現有的微生物燃料電池結構與運行方式不利于擴展、放大以及成本高的缺點。 電池主體采用圓柱型,陰陽兩室距離近,電池的電阻小、功率高;質子膜與隔板間加有硅膠墊片,確保氣密性良好,陰極氧氣不會擴散到陽極,提高了電池的庫倫效率;進氣孔方向與電池池底平行,氣體沿電池池底切向進入,使氣流沿電池組內壁流動,不會影響電極工作;結構緊湊、利于擴展及放大、造價低廉。 為了分析微生物燃料電池處理廢水過程中溫度對其產電性能的影響,設計了一種微生物燃料電池控溫裝置。在該控溫裝置的水槽內放入微生物燃料電池裝置,通過將擋板插入擋板插槽內來固定微生物燃料電池裝置;將微生物燃料電池裝置浸沒在水槽水中;開啟循環水泵,水槽內的水流通過擋板上的方孔形成“S”型循環回路,使水槽內的水流充分混勻以便其溫差減到最??;當水的溫度低于設定溫度時,鈦加熱器運行以升高水溫,當水的溫度高于設定溫度時,半導體制冷器運行降低水溫。 此外,基于微生物生物燃料電池系統的特點和特殊要求,開發出了微生物燃料電池測試儀。該測試儀器的硬件主要包括數據采集卡,數據處理芯片和電源。操作軟件界面簡潔明了,測試方法和數據保存操作簡單,可以實時紀錄微生物燃料電池反應器的各種參數的變化,為電池系統的性能測試提供了技術支持。

科學性、先進性

1.MFC反應器電池主體采用圓柱型,陰陽兩室距離近,電池的電阻小、功率高;質子膜與隔板間加有硅膠墊片,確保氣密性良好,陰極氧氣不會擴散到陽極,提高了電池的庫倫效率;陰陽極室為封頭式圓筒結構,既降低了滲漏廢水的可能,同時可以根據處理廢水量的大小擴展陰陽極室容積。容器材質采用聚甲基丙烯酸甲酯,這種材質耐溫、不易碎。 2.電化學方法與技術電壓數據采集系統由連接在電腦上的數據采集器和相應的數據采集軟件組成。在本測試系統中,設定了循環伏安法和線性掃描伏安法的功能,分析陰陽極電極改性對MFC產電性能的影響。本作品用于處理垃圾滲濾液和苯胺廢水MFC系統,實時記錄了反應器在長期運行時開路電壓、閉路電壓、電流、電阻等產電性能參數的變化。為研究微生物燃料電池處理不同廢水的產點過程提供了基礎科學數據。

獲獎情況及鑒定結果

本作品相關研究內容申報了四項發明專利,發表了兩篇文章。

作品所處階段

實驗室階段

技術轉讓方式

作品可展示的形式

實物 圖片 樣品

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

隨著全世界范圍內的能源緊缺和環境污染問題的加劇,研發新的環境友好處理工藝從有機廢水中回收有價能源已經成為環境工程領域一個重要的方向,是實現廢水處理能源化與可持續性發展的重要途徑之一。 微生物燃料電池(Microbial fuel cell,MFC)能夠利用微生物作為催化劑將有機化合物氧化分解,同時產生電流,將有機物中的化學能直接轉化為電能,是一種全新的廢水處理技術。目前,MFC在全世界范圍內的研究尚處于起步階段,大量的工作集中在技術的可行性和基礎研究的水平上,而限制該技術應用于商業化和工程應用的主要問題是產電功率密度低,材料造價昂貴,MFC型式的不確定。 針對MFC研究目前存在的問題,本作品就MFC實驗系統中的雙室MFC裝置、實驗系統的溫控設施和電化學性能的測試系統方面進行了設計和改進,MFC實驗室的基礎研究提供了一套較實用的實驗系統,同時該實驗系統可以根據廢水處理量的要求放大該裝置,使其可以進行廢水處理中試實驗,為其在工程中實際應用提供了基礎數據。

同類課題研究水平概述

廢水處理的高能耗導致了新的環境問題。因此,未來的水處理過程中,如何將廢水資源化,從廢水回收能量成為了新的研究熱點。目前已有報道的廢水處理資源化的方法主要包括利用廢水生物產甲烷、生物制氫、藻類生產生物柴油和微生物燃料電池產電。微生物燃料電池在產電過程中幾乎沒有其他(諸如熱能等)形式的能量耗散,廢物中的生物化學能直接被轉化為電能,因此具有較高的理論能量轉化效率,是一種新興的廢物資源化的方法,具有廣闊的市場前景。 1.微生物燃料電池實驗裝置的構建 在實驗室中廣泛使用的,發電效率最高的為雙室型電池。傳統的雙室型微生物燃料電池由于電極之間距離遠,電池的歐姆損失大,導致電池的內阻增加,輸出功率下降。目前已報道的使用質子交換膜或鹽橋做陰陽極室分隔措施的其它形式的微生物燃料電池內阻一般在幾百到幾千歐姆甚至更高。本組通過不斷地實驗及其改進,設計了結構獨特的雙室型微生物燃料電池,大大減少了電池的內阻,初步的電池系統運行測試中測得電池的內阻約為200歐。這種內阻小的電池構型可以大大的提高微生物燃料電池的功率輸出,達到一定得發電量。 2.微生物燃料電池控溫裝置的構建 溫度是影響產電微生物生長和繁殖的最主要的因素之一,因此溫度對于MFC系統的產電性能的影響較大。為了研究溫度對MFC系統的產電微生物和產電性能的影響,需要不斷改變MFC系統所處的環境溫度,為此,本組設計了微生物燃料電池控溫裝置,保證了微生物燃料電池在恒溫下運行。 3.微生物燃料電池測試系統的構建和軟件界面 本組基于微生物生物燃料電池系統的特點和特殊要求,開發出了微生物燃料電池測試儀等儀器。這些測試儀器的硬件主要包括數據采集卡,數據處理芯片和電源。儀器的構造簡單實用,為電池系統的性能測試提供了技術支持。微生物電池測試儀器的電壓范圍為±10V,電流范圍為±250 mA。儀器的數據采集速率為10 KHz。儀器通過USB接口與PC連接并通信。儀器適合于系統的測試和評估微生物燃料電池。
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