無介體微生物燃料電池陽極傳輸特性數(shù)值模擬.pdf

1、隨著能源需求的不斷增加，石油、煤、天燃?xì)獾葌鹘y(tǒng)燃料的減少以及造成的環(huán)境污染等問題已成為未來能源發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。微生物燃料電池在處理有機廢水的同時實現(xiàn)持續(xù)不斷的產(chǎn)電，它不僅原料來源廣泛，反應(yīng)條件溫和，且具有不污染環(huán)境等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而微生物燃料電池輸出功率較低，成為制約其發(fā)展的瓶頸，因此，深入了解微生物燃料電池內(nèi)與生物電化學(xué)耦合的傳質(zhì)特性，將為微生物燃料電池性能的優(yōu)化及工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)價值。
　

2、　微生物燃料電池陽極是決定其產(chǎn)電的重要因素之一，本文以無介體微生物燃料電池陽極為研究對象，建立了包含陽極側(cè)液相區(qū)與生物膜區(qū)多組分傳輸與生物電化學(xué)反應(yīng)的理論模型，主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1)針對無介體微生物燃料電池陽極生物膜區(qū)域，考慮生物膜內(nèi)電勢和 pH變化的基礎(chǔ)上建立了一維穩(wěn)態(tài)的擴散傳輸模型，計算獲得了微生物燃料電池生物膜內(nèi)的底物濃度、局部電勢、電流密度以及pH值分布，討論了生物膜的電導(dǎo)率、陽極電勢和緩沖液濃度對生物膜內(nèi)傳質(zhì)

3、特性及產(chǎn)電性能的影響。計算結(jié)果表明隨著生物膜電導(dǎo)率和陽極電勢的增大，生物膜內(nèi)底物濃度及pH值均降低，電池電流密度升高；進口緩沖液濃度越大，生物膜內(nèi)pH值越高，有利于維持陽極生物膜內(nèi)微生物的活性。
　　2)在一維穩(wěn)態(tài)陽極生物膜傳輸模型的基礎(chǔ)上，考慮主流區(qū)的流動對電池性能的影響，并修正陽極電勢邊界條件，針對連續(xù)流無介體微生物燃料電池陽極側(cè)，建立了二維穩(wěn)態(tài)傳輸模型，研究了陽極側(cè)反應(yīng)物與產(chǎn)物的傳質(zhì)特性。計算結(jié)果表明流量為10 ml h-1

4、時，底物降解效率達到最大，而底物流量大于20 ml h-1時，底物降解效率隨著流量增加而降低；隨著底物流量從10 ml h-1增加到45 ml h-1，陽極電勢逐漸降低，電流逐漸升高，當(dāng)流量大于45 ml h-1時，改變底物流量對陽極電勢和電流的變化不明顯；底物流量增加，主要提升了靠近出口處的底物氧化降解速率；改變進口底物濃度，對電池性能的影響較小。
　　3)針對序批式無介體微生物燃料電池陽極室，建立了一維非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)模型。計算結(jié)