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(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一套將生物化學能轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)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(shù)。
- 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(zhì)子膜組件、硅膠墊圈、緊固螺栓和底座構(gòu)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(yōu)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(zhì)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(nèi)壁流動，不會影響電極工作；結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(huán)水泵、半導體制冷器和電器控制儀表構(gòu)成。利用此控溫裝置可以根據(jù)反應溫度的需要實現(xiàn)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(tǒng)的特點和特殊要求，開發(fā)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(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理芯片和電源。操作軟件界面簡潔明了，測試方法和數(shù)據(jù)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(shù)的變化，為電池系統(tǒng)的性能測試提供了技術(shù)支持。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品設計目的是克服現(xiàn)有的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)壁流動，不會影響電極工作；結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(nèi)放入微生物燃料電池裝置，通過將擋板插入擋板插槽內(nèi)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(huán)水泵，水槽內(nèi)的水流通過擋板上的方孔形成“S”型循環(huán)回路，使水槽內(nèi)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(tǒng)的特點和特殊要求，開發(fā)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(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理芯片和電源。操作軟件界面簡潔明了，測試方法和數(shù)據(jù)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(shù)的變化，為電池系統(tǒng)的性能測試提供了技術(shù)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(zhì)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(jié)構(gòu)，既降低了滲漏廢水的可能，同時可以根據(jù)處理廢水量的大小擴展陰陽極室容積。容器材質(zhì)采用聚甲基丙烯酸甲酯，這種材質(zhì)耐溫、不易碎。 2.電化學方法與技術(shù)電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由連接在電腦上的數(shù)據(jù)采集器和相應的數(shù)據(jù)采集軟件組成。在本測試系統(tǒng)中，設定了循環(huán)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(chǎn)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(tǒng)，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(chǎn)電性能參數(shù)的變化。為研究微生物燃料電池處理不同廢水的產(chǎn)點過程提供了基礎科學數(shù)據(jù)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品相關(guān)研究內(nèi)容申報了四項發(fā)明專利，發(fā)表了兩篇文章。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 隨著全世界范圍內(nèi)的能源緊缺和環(huán)境污染問題的加劇，研發(fā)新的環(huán)境友好處理工藝從有機廢水中回收有價能源已經(jīng)成為環(huán)境工程領域一個重要的方向，是實現(xiàn)廢水處理能源化與可持續(xù)性發(fā)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(chǎn)生電流，將有機物中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種全新的廢水處理技術(shù)。目前，MFC在全世界范圍內(nèi)的研究尚處于起步階段，大量的工作集中在技術(shù)的可行性和基礎研究的水平上，而限制該技術(shù)應用于商業(yè)化和工程應用的主要問題是產(chǎn)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(tǒng)中的雙室MFC裝置、實驗系統(tǒng)的溫控設施和電化學性能的測試系統(tǒng)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(tǒng)，同時該實驗系統(tǒng)可以根據(jù)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(shù)據(jù)。
同類課題研究水平概述
- 廢水處理的高能耗導致了新的環(huán)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(chǎn)甲烷、生物制氫、藻類生產(chǎn)生物柴油和微生物燃料電池產(chǎn)電。微生物燃料電池在產(chǎn)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(zhuǎn)化為電能，因此具有較高的理論能量轉(zhuǎn)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(gòu)建 在實驗室中廣泛使用的，發(fā)電效率最高的為雙室型電池。傳統(tǒng)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(nèi)阻增加，輸出功率下降。目前已報道的使用質(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)獨特的雙室型微生物燃料電池，大大減少了電池的內(nèi)阻，初步的電池系統(tǒng)運行測試中測得電池的內(nèi)阻約為200歐。這種內(nèi)阻小的電池構(gòu)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(fā)電量。 2.微生物燃料電池控溫裝置的構(gòu)建 溫度是影響產(chǎn)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(tǒng)的產(chǎn)電性能的影響較大。為了研究溫度對MFC系統(tǒng)的產(chǎn)電微生物和產(chǎn)電性能的影響，需要不斷改變MFC系統(tǒng)所處的環(huán)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(tǒng)的構(gòu)建和軟件界面 本組基于微生物生物燃料電池系統(tǒng)的特點和特殊要求，開發(fā)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(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理芯片和電源。儀器的構(gòu)造簡單實用，為電池系統(tǒng)的性能測試提供了技術(shù)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(shù)據(jù)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(tǒng)的測試和評估微生物燃料電池。
