基于棉线的微流体燃料电池阳极传质特性LB模拟

基于棉线的微流体燃料电池采用棉线作为流道，无须外部泵、易于微型化，是便携式微流体设备非常有前景的电源，但其性能受阳极燃料传质的限制。本文采用格子Boltzmann方法研究基于棉线的微流体燃料电池阳极耦合电化学反应的传质特性，通过构建三维的棉线流道数值模型，计算得到该流道内燃料的速度及浓度分布，并讨论燃料的进口浓度及流量对该电池阳极性能及传质特性的影响。计算结果表明：阳极极化曲线与实验结果吻合较好；燃料在棉线内部的流速较低，在不同阳极过电位下，燃料浓度沿流动方向均降低，且过电位越大降低得越多；进口燃料浓度越高时，平均电流密度越高，阳极性能升高；随着进口燃料流量的增加，棉线与反应界面接触部位的浓度与其他区域浓度之间的差异增大，而进口流量较低时，该浓度的差异较小且流道后段的浓度较低。     

3D打印微生物燃料电池阳极及其性能特性

微生物燃料电池是一种处理废水同时产生电能的新型装置，阳极作为微生物燃料电池的重要组件极大地影响电池性能。针对微生物燃料电池传统三维电极结构不合理导致电极内部物质传输受限，电池功率密度较低的问题，本文采用3D打印技术并碳化的方式构建了结构可控的微生物燃料电池阳极，通过热重分析得到合适的碳化条件，并通过进一步的电化学分析和电极微观形貌拍摄研究了电极内部孔道结构对微生物生长情况和电池性能的影响。实验结果表明：电极孔径尺寸为0.4mm时，电池具有最优性能，其最大功率密度达12.85W/m²，比采用碳布阳极的MFC提升10倍，较采用碳毡阳极的燃料电池高38%；具有可控孔道结构电极的传荷阻抗和传质阻抗是限制电极性能的主要因素，通过优化孔道尺寸和结构分布可降低其传荷及传质阻抗，可以进一步提升电池性能。     

低温下DMFC性能特性及传热传质分析

对自制有效面积为4.41cm2的直接甲醇燃料电池进行了低温(5℃)运行条件下的性能测试及分析,并着重研究了甲醇浓度,甲醇溶液流速和氧气流速等运行参数对电池性能的影响。实验结果表明,电池性能随运行温度的下降而降低。在较低运行温度下,运行参数对电池性能的影响有别于常温及以上温度条件下的规律。在运行温度为5℃时,高浓度和低流速甲醇溶液可获得较高的比功率;在本实验范围内,电池性能在氧气流速为100mL/min时达到最佳。     

仿生酶菌协同体系预处理木质素机理及特性

白蚁-真菌自然共生体系可有效转化木质纤维素类生物质,其本质在于对木质素物理结构的破坏和官能团的修饰,减少木质素对酶的非生产性吸附,从而提升酶解糖化效率,为生物质高效能源化利用提供新思路。本文基于白蚁肠道中存在的分解木质素酚类单元的漆酶（La）和蚁巢内降解木质纤维素的蚁巢伞菌（Te）,构建La和Te协同预处理木质素体系,比较La和典型的木质素降解菌黄孢原毛平革菌（PC）对木质素模型化合物碱木素的预处理特性。结果表明,在降解La预处理的碱木素过程中,Te产生的漆酶（La）和木质素过氧化物酶（LiP）活性最大值较未处理的碱木素样品分别提升43.3%、58.5%,PC产生的漆酶（La）和锰过氧化物酶（MnP）活性最大值较未处理的碱木素样品分别提升35.9%、31.6%。漆酶预处理强化了Te、PC对碱木素官能团的修饰和物理结构的破坏。傅里叶红外转换光谱分析（FTIR）表明酶菌协同体系处理后碱木素特征官能团的吸收峰显著降低。扫描电镜（SEM）和压汞测试结果表明酶菌协同体系对碱木素表面结构破坏严重,La和Te协同（La+Te）体系预处理后的碱木素平均孔径比单一La和单一Te分别显著提升31.1%、45.6%。经La+Te体系预处理后的碱木素最大酶吸附量较未处理的碱木素减少了51.5%,由于非生产性吸附显著减少,后续纤维素酶的转化率较未处理的碱木素样品提高了71.5%。本文证明了通过漆酶与真菌协同作用可有效改变碱木素物化特性,从而有效促进后续纤维素的酶解糖化,为木质纤维素类生物质高效利用提供指导。     

四乙烯五胺改性多孔二氧化硅制备及CO2吸附性能

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，原硅酸乙酯（TEOS）为硅源，1,3,5-三异丙基苯（TPB）为扩孔剂，制备不同孔道结构的多孔二氧化硅纳米微球（PSNs），将四乙烯五胺（TEPA）通过物理浸渍法负载到PSNs上，合成TEPA-PSNs吸附剂。利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、N₂吸附-脱附循环实验和热重分析对材料的结构性能和热稳定性能进行表征，成功制备了具有不同孔道结构的胺基化多孔二氧化硅。对吸附剂材料进行CO₂吸脱附实验和动力学研究，结果表明：当TPB含量增多时，吸附剂材料吸附的CO₂量也随之增大，并且TEPA-PSNs-0.5在75℃时吸附量最大，达4.70mmol/g；一阶动力学模型能较好地预测该吸附剂的CO₂吸附过程；经过5次循环，其再生性能仍然高达94.34%。因此，合成的胺基化多孔二氧化硅具有高吸附量和良好稳定性，是用于二氧化碳捕集的潜在材料。     

液相进料直接甲醇燃料电池性能的实验研究

利用美国Arbin公司燃料电池测试装置，对液相进料直接甲醇燃料电池的性能进行了实验研究。通过电流．电压曲线，研究了燃料电池工作温度和压力、阴阳极差压、甲醇和氧气流量、甲醇浓度等参数对电池性能的影响。实验结果表明：较高的电池温度可以提高电池的性能；阴阳极差压提高，电池性能降低；在甲醇浓度较低时，燃料电池工作压力、工质流量和浓度的增加均使燃料电池性能有不同程度的提高。图8参7     

带有蛇形流场的微生物燃料电池阳极传质研究

构造并成功启动了带有蛇形流场的微生物燃料电池(SMFC),测试了SMFC性能,探讨了高电流下电池性能下降的原因,研究了底物流速、浓度和流场结构形式对电池性能的影响。实验结果表明:SMFC在大电流时发生电压急剧下降现象,这主要是由于阳极物质传输受限所致;SMFC最大功率密度随着阳极底物流速和浓度的增加而增加;交指流场结构有助于底物传输,因此在相同的底物流速和浓度下,具有交指流场阳极的微生物燃料电池(IMFC)最大功率密度得以提高。     

铝富马酸金属有机骨架成型颗粒CO2动态吸附特性

燃烧后CO₂捕集技术能够有效减少CO₂排放,可缓解温室效应带来的一系列问题。铝富马酸作为一种金属有机骨架材料,因具有丰富的孔道结构且可大规模生产而备受关注。为了探索铝富马酸颗粒的CO₂吸附特性,首先在粉末中添加羧甲基纤维素钠黏结剂制备圆柱形颗粒,通过扫描电子显微镜、比表面积及孔隙分析仪和傅里叶红外变换光谱仪对表面形貌、多孔结构和物质组成进行表征,发现铝富马酸颗粒具有发达的孔隙结构和多个明显的光谱吸收峰,比表面积和微孔容积分别为726.06 m²/g和0.33 cm³/g,成功合成铝富马酸颗粒。然后在固定床吸附系统中研究气体流量、吸附温度、CO₂浓度、水蒸气含量对CO₂动态吸附性能和循环稳定性的影响,结果表明：气体流量增加可以加快CO₂的传输速率,缩短气体在吸附床中的穿透时间。吸附温度升高虽然有利于加快CO₂的吸附速率,但会导致吸附量降低。不同CO₂浓度下的穿透时间几乎相...     

三角形微槽中的气体滑移流动特性

针对三角形微槽利用正交函数法求解了带一阶滑移边界条件的N-S方程，对不可压燃气体在等腰三角形和等边三角形微槽道内的充分发展层流滑移流动特性进行了理论分析，获得了三角形微槽内的速度分布和阻力特性的分析解，计算结果表明，正交函数法适用于三角形微槽内滑移流动特性的分析计算，在滑移流区，三角形微槽边界上出现滑移流动，且随着Knudsen数（气体分子的平均自由程与流道特征尺寸之比）的增大，壁面上的滑移速度越大，流动阻力随之减小，但三角形微槽的三个角区边界上的滑移速度增加较小，三角形微槽的高宽比对无量纲阻力常数随Kn的变化关系影响很小。     

模拟微通道光生物反应器内光合细菌的成膜及产氢特性

引言 氢气由于具有清洁、热值高、来源广泛等优点被认为是未来理想的能量载体[1-2].生物制氢可以在不消耗一次能源的同时产生氢气,是未来研究与开发清洁能源的一个重要途径[3].光合细菌可以吸收光能、降解有机废水、产生氢气,能够将氢能开发和有机废物治理有机结合起来,具有广阔的发展前景[4-5].