無(wú)介體微生物燃料電池陽(yáng)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(wèn)題已成為未來(lái)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(jī)廢水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的產(chǎn)電，它不僅原料來(lái)源廣泛，反應(yīng)條件溫和，且具有不污染環(huán)境等特點(diǎn)，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(jià)值。
　

2、　微生物燃料電池陽(yáng)極是決定其產(chǎn)電的重要因素之一，本文以無(wú)介體微生物燃料電池陽(yáng)極為研究對(duì)象，建立了包含陽(yáng)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?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　1)針對(duì)無(wú)介體微生物燃料電池陽(yáng)極生物膜區(qū)域，考慮生物膜內(nèi)電勢(shì)和 pH變化的基礎(chǔ)上建立了一維穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散傳輸模型，計(jì)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(shì)、電流密度以及pH值分布，討論了生物膜的電導(dǎo)率、陽(yáng)極電勢(shì)和緩沖液濃度對(duì)生物膜內(nèi)傳質(zhì)

3、特性及產(chǎn)電性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明隨著生物膜電導(dǎo)率和陽(yáng)極電勢(shì)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(jìn)口緩沖液濃度越大，生物膜內(nèi)pH值越高，有利于維持陽(yáng)極生物膜內(nèi)微生物的活性。
　　2)在一維穩(wěn)態(tài)陽(yáng)極生物膜傳輸模型的基礎(chǔ)上，考慮主流區(qū)的流動(dòng)對(duì)電池性能的影響，并修正陽(yáng)極電勢(shì)邊界條件，針對(duì)連續(xù)流無(wú)介體微生物燃料電池陽(yáng)極側(cè)，建立了二維穩(wěn)態(tài)傳輸模型，研究了陽(yáng)極側(cè)反應(yīng)物與產(chǎn)物的傳質(zhì)特性。計(jì)算結(jié)果表明流量為10 ml h-1

4、時(shí)，底物降解效率達(dá)到最大，而底物流量大于20 ml h-1時(shí)，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(yáng)極電勢(shì)逐漸降低，電流逐漸升高，當(dāng)流量大于45 ml h-1時(shí)，改變底物流量對(duì)陽(yáng)極電勢(shì)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(jìn)口底物濃度，對(duì)電池性能的影響較小。
　　3)針對(duì)序批式無(wú)介體微生物燃料電池陽(yáng)極室，建立了一維非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)模型。計(jì)算結(jié)