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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 微生物燃料電池處理廢水的實(shí)驗(yàn)裝置及其測(cè)試系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一套將生物化學(xué)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(cè)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(kuò)展及放大。控溫裝置能使整個(gè)燃料電池處于恒溫。測(cè)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(shí)跟蹤測(cè)試電池的各種電化學(xué)性能參數(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是一套將生物化學(xué)能傳化為電能的裝置。裝置分為三個(gè)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(cè)試儀。 其中圓柱型微生物燃料電池由陽(yáng)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(yáng)極室和陰極室設(shè)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(diǎn)是電池主體采用圓柱型，陰陽(yáng)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(huì)擴(kuò)散到陽(yáng)極，提高了電池的庫(kù)倫效率；進(jìn)氣孔方向與電池池底平行，氣體沿電池池底切向進(jìn)入，使氣流沿電池組內(nèi)壁流動(dòng)，不會(huì)影響電極工作；結(jié)構(gòu)緊湊、利于擴(kuò)展及放大、造價(jià)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(duì)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(dǎo)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(yīng)溫度的需要實(shí)現(xiàn)溫度的上升和降低，為微生物燃料電池運(yùn)行工藝條件的深入研究提供有力的實(shí)驗(yàn)條件。 此外，基于微生物生物燃料電池系統(tǒng)的特點(diǎn)和特殊要求，開發(fā)出了微生物燃料電池測(cè)試儀。該測(cè)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(jiǎn)潔明了，測(cè)試方法和數(shù)據(jù)保存操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)時(shí)紀(jì)錄微生物燃料電池反應(yīng)器的各種參數(shù)的變化，為電池系統(tǒng)的性能測(cè)試提供了技術(shù)支持。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品設(shè)計(jì)目的是克服現(xiàn)有的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式不利于擴(kuò)展、放大以及成本高的缺點(diǎn)。 電池主體采用圓柱型，陰陽(yáng)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(huì)擴(kuò)散到陽(yáng)極，提高了電池的庫(kù)倫效率；進(jìn)氣孔方向與電池池底平行，氣體沿電池池底切向進(jìn)入，使氣流沿電池組內(nèi)壁流動(dòng)，不會(huì)影響電極工作；結(jié)構(gòu)緊湊、利于擴(kuò)展及放大、造價(jià)低廉。 為了分析微生物燃料電池處理廢水過程中溫度對(duì)其產(chǎn)電性能的影響，設(shè)計(jì)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(lái)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(dāng)水的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，鈦加熱器運(yùn)行以升高水溫，當(dāng)水的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，半導(dǎo)體制冷器運(yùn)行降低水溫。 此外，基于微生物生物燃料電池系統(tǒng)的特點(diǎn)和特殊要求，開發(fā)出了微生物燃料電池測(cè)試儀。該測(cè)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(jiǎn)潔明了，測(cè)試方法和數(shù)據(jù)保存操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)時(shí)紀(jì)錄微生物燃料電池反應(yīng)器的各種參數(shù)的變化，為電池系統(tǒng)的性能測(cè)試提供了技術(shù)支持。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.MFC反應(yīng)器電池主體采用圓柱型，陰陽(yáng)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(huì)擴(kuò)散到陽(yáng)極，提高了電池的庫(kù)倫效率；陰陽(yáng)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(shí)可以根據(jù)處理廢水量的大小擴(kuò)展陰陽(yáng)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(xué)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(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件組成。在本測(cè)試系統(tǒng)中，設(shè)定了循環(huán)伏安法和線性掃描伏安法的功能，分析陰陽(yáng)極電極改性對(duì)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(shí)時(shí)記錄了反應(yīng)器在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)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(diǎn)過程提供了基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品相關(guān)研究?jī)?nèi)容申報(bào)了四項(xiàng)發(fā)明專利，發(fā)表了兩篇文章。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(jī)廢水中回收有價(jià)能源已經(jīng)成為環(huán)境工程領(lǐng)域一個(gè)重要的方向，是實(shí)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(jī)化合物氧化分解，同時(shí)產(chǎn)生電流，將有機(jī)物中的化學(xué)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(chǔ)研究的水平上，而限制該技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)化和工程應(yīng)用的主要問題是產(chǎn)電功率密度低，材料造價(jià)昂貴，MFC型式的不確定。 針對(duì)MFC研究目前存在的問題，本作品就MFC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的雙室MFC裝置、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫控設(shè)施和電化學(xué)性能的測(cè)試系統(tǒng)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，MFC實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究提供了一套較實(shí)用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)該實(shí)驗(yàn)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(jìn)行廢水處理中試實(shí)驗(yàn)，為其在工程中實(shí)際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
同類課題研究水平概述
- 廢水處理的高能耗導(dǎo)致了新的環(huán)境問題。因此，未來(lái)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(diǎn)。目前已有報(bào)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(xué)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(chǎng)前景。 1.微生物燃料電池實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)建 在實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)，電池的歐姆損失大，導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增加，輸出功率下降。目前已報(bào)道的使用質(zhì)子交換膜或鹽橋做陰陽(yáng)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(shí)驗(yàn)及其改進(jìn)，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)獨(dú)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(yùn)行測(cè)試中測(cè)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(dá)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(zhǎng)和繁殖的最主要的因素之一，因此溫度對(duì)于MFC系統(tǒng)的產(chǎn)電性能的影響較大。為了研究溫度對(duì)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(shè)計(jì)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(yùn)行。 3.微生物燃料電池測(cè)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(diǎn)和特殊要求，開發(fā)出了微生物燃料電池測(cè)試儀等儀器。這些測(cè)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(jiǎn)單實(shí)用，為電池系統(tǒng)的性能測(cè)試提供了技術(shù)支持。微生物電池測(cè)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(cè)試和評(píng)估微生物燃料電池。
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