基于氧化還原電子中介體產電的MFC數(shù)值模擬及模型開發(fā).pdf

1、MFC是近幾年在環(huán)境及能源領域高速發(fā)展的新型能源技術,但當前MFC研究方向主要集中在以下兩方面:1.提高MFC內產電微生物活性;2.探尋更高效的MFC構型。而針對MFC機理及內部運行規(guī)律研究較少,本論文以數(shù)值模擬的方法研究MFC運行機理及內部規(guī)律,通過數(shù)值模擬,闡釋MFC運行機理,對提高MFC產電效能提供模型支持。
　　模型以MFC中普遍存在的氧化還原電子中介體作為電子傳遞途徑,通過聯(lián)立微生物代謝計量學方程,物質傳質菲克擴散方程,

2、微生物代謝速率方程,電化學過電位方程,全電路歐姆定律方程等,綜合模擬了MFC運行過程中物質傳質、新陳代謝、能量轉移、電化學反應及電能損失等因素,建立了一個合適的MFC數(shù)值模擬模型建立方法。
　　根據(jù)輸出電流隨運行時間衰減狀態(tài),將不同外電阻條件下MFC運行輸出電流變化規(guī)律分為三類,并通過比對有機底物濃度、電極表面氧化還原電子中介體形態(tài)隨時間改變情況,總結出造成MFC輸出電流變化的核心因素是氧化態(tài)電子中介體濃度改變不能彌補有機底物濃度

3、降低所導致的體系微生物活性總體下降。當MFC內產電微生物總體代謝活性下降并出現(xiàn)產電衰減時,電極表面還原態(tài)電子中介體濃度會降至10-2mmol/L以下。這可以作為快速判斷MFC內部氧化態(tài)電子中介體緩沖能力是否達到極限的快速判斷標準。
　　體系陽極面積增大,雖然有助于提高MFC產電能力,但單位面積產電微生物代謝活力卻下降,這可能導致產電微生物與非產電種群競爭時處于不利地位。當電子中介體分子變小,擴散能力提高時,體系產電能力得到了明顯提

4、高,這為尋找具有更優(yōu)產電性的電子中介體提供了模型支持。
　　電子中介體濃度和熱力學性質也影響MFC體系的產電能力,體系總體電子中介體濃度增加,可供電極反應的還原態(tài)電子中介體濃度增加,同時潛在的氧化態(tài)電子中介體緩沖能力也相應提高。MFC系統(tǒng)隨電子中介體濃度增加,產電輸出能力得到提升,且輸出能力隨時間進行更趨向于保持穩(wěn)定;在MFC體系中,電子中介體熱力學性質可通過電極氧化還原標準電勢進行表征,當電子中介體熱力學推動力增加時,MFC體系