国家自然科学基金(31272482)
- 作品数：7 被引量：55H指数：3
- 相关作者：朱能武吴平霄张太平王健邹定辉更多>>
- 相关机构：华南理工大学教育部中国科学院华南植物园更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金教育部“新世纪优秀人才支持计划”中央高校基本科研业务费专项资金更多>>
- 相关领域：环境科学与工程更多>>
- 铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果被引量：3
- 2016年
- 阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m^(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.
- 杨婷婷朱能武芦昱吴平霄
- 关键词：微生物燃料电池阴极催化剂氧还原反应扩大化
- 猪场废水厌氧自电解处理过程中关键参数优化
- 2015年
- 为了解决高浓度猪场废水难处理问题,将无能耗微电解、微生物降解和生物电化学工艺融为一体而设计了一种厌氧自电解（anaerobic self-electrolysis,ASE）反应器,考察了反应器启动特性、停留时间和电流密度对猪场废水处理的影响。结果表明,经过43 d序批式培养,ASE成功启动,最大输出电压为0.41 V（无催化剂对照为0.34 V）。停留时间和电流密度对猪场废水厌氧自电解过程有明显影响。在优选停留时间（4 d）和电流密度（4X,4X为反应器外接电阻1 000Ω时电流密度的4倍）条件下,COD和总氮去除率分别可达到86.57%-87.27%和51.57%-52.90%,氨氮和硝氮的去除率分别为31.03%-37.27%和79.45%-84.03%。ASE的产电最大功率密度达到1.9971 W/m3,而对照仅为0.7981 W/m3。GC分析结果显示,猪场废水中的臭味组分经ASE处理可以有效去除。
- 王云朱能武沈伟航李小虎吴平霄
- 关键词：猪场废水
- 太阳能电池协同微生物燃料电池产电及对底泥的修复影响
- 2017年
- 装置以河道黑臭底泥为底物,改性后的碳毡为电极,通过外接不同额定电压的太阳能电池板,构建了一种新型的SC-MFC(solar cell-microbial fuel cell)体系,太阳能电池的引入对普通MFC产电性能及底泥污染物去除效率产生了的影响。通过一个周期的运行,得到如下结论:在太阳能电池表面辐照强度53 mW·cm^(-2)的条件下,SC-MFC系统的最大输出电压和输出功率密度与普通的MFC相比均有明显的提高。对于底泥污染物的去除,SC-MFC系统随着串联太阳能电池额定电压的增大,去除效率呈现出先升高后降低的趋势。在外接0.5 V、1 V、2 V太阳能电池时,底泥对污染物修复效果较好,并且底泥中有机质、总磷、氨氮、硝态氮的最大去除率为20.88%、32.39%、48.41%、62.66%,它们分别在串联1 V、2 V、2 V、0.5 V太阳能电池板时达到。
- 王健李楚浩王瑞鑫张太平李跃林
- 关键词：微生物燃料电池太阳能电池产电功率密度底泥修复
- 养殖废水厌氧自电解处理及电流密度效应
- <正>养殖废水是典型的高浓度有机废水,处理难度大。本文将无能耗微电解、微生物降解和生物电化学工艺融为一体设计了一种厌氧自电解(ASE)反应器,考察了反应器启动特性、停留时间和电流密度对养殖废水处理的影响。结果表明,经过4...
- 王云朱能武
- 文献传递
- 湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究被引量：13
- 2016年
- 阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanore
- 朱娟平王健张太平朱能武邹定辉
- 关键词：湿地植物阳极高通量测序
- 微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征被引量：1
- 2017年
- 阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.
- 尹富华朱能武朱能武沈伟航吴平霄
- 关键词：微生物燃料电池阳极预培养导电性
- 微生物菌剂复配及强化厨余垃圾好氧堆肥效果分析被引量：36
- 2018年
- 厨余垃圾中有机组分的降解速率是影响其堆肥过程的重要因素。针对厨余垃圾中脂肪、蛋白质等特异组分设计了微生物菌剂复配方案,筛选了复配的微生物菌剂适宜接种量,并验证了厨余垃圾堆肥的强化效果。结果表明:厨余垃圾堆肥的适宜复配比为m(米曲霉)∶m(地衣芽孢杆菌)∶m(解脂假丝酵母)∶m(绿色木霉)∶m(褐球固氮菌)=1.5∶1∶1.2∶2∶1;且当接种量为6‰时,厨余垃圾中特异性组分脂肪降解率可达76.2%,氮损失率最低为11.8%。同时发现,固氮菌可以减少堆肥过程中氮素的损失,但固氮效果与初始加入固氮菌的量有关,且与菌剂间多种微生物的协作有关,进一步说明了微生物菌剂复配必要性和有效性。
- 周营朱能武朱能武张太平
- 关键词：厨余垃圾微生物菌剂氮损失
- 硝酸-PPy/AQDS联合处理改善阳极性能的分析表征被引量：2
- 2016年
- 阳极性能是影响微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)性能的关键因素之一.通过吡咯聚合、蒽醌-2,6-磺酸钠盐(AQDS)掺杂以及库仑量调控将不同厚度的PPy/AQDS复合薄膜电沉积至硝酸处理的碳毡阳极上,以期整合碳毡阳极的生物亲合性、导电性及电子传递能力,同时强化阳极的这3种性能.结果表明,随着整合强度的加强,阳极性能逐步得到提升,整合阳极在阳极生物量、电导率以及交换电流密度方面优于对照组2.4~3.3倍,其中0.12 C·cm^(-2)的整合阳极表现出最高的峰值电流(2.86 m A)、最大的阳极生物量(0.44 mg·cm-2)、最大的电导率(0.33 S·cm^(-1))、最大的交换电流密度(3.65×10^(-3)A·m^(-2))以及最小的传质阻力,其对应MFC的最大功率密度达1 060.7 m W·m^(-2),是对照组的2.2倍,阳极开路电势接近-0.55V.循环伏安、电化学阻抗谱、扫描电镜和塔菲尔测试进一步揭示了PPy/AQDS复合薄膜在阳极碳纤维之间的联接、架桥作用,使得不同纤维丝之间的接触更加均匀,减小了电子在生物膜与阳极之间、阳极与外回路之间的传递阻力;同时,沉积于碳毡阳极的PPy/AQDS复合薄膜与硝酸处理后阳极表面形成的吡咯氮类官能团之间的协同作用可能是整合阳极性能提升的本质原因所在.
- 沈伟航朱能武尹富华吴平霄张彦鸿
- 关键词：微生物燃料电池导电性
