生物燃料电池处理生活污水同步产电特性研究

以某生活污水处理厂缺氧池活性污泥为接种体,以葡萄糖为模拟生活废水,构建双室型微生物燃料电池。利用微生物燃料电池(MFC,Microbial fuel cell)实现生活废水降解与同步产电。研究基质降解动力学及温度对MFC电极过程动力学的影响,明确微生物电化学活性、阳极传荷阻抗、阳极电势、电池产能之间的关系,考察库伦效率及COD去除率。研究结果表明,电池功率输出与基质浓度关系遵循莫顿动力学方程:P=Pmaxc/(ks+c),其中,半饱和常数ks为138.5 mg/L,最大功率密度Pmax为320.2 mW/m2。葡萄糖浓度较小时,反应遵循一级动力学规律:-dcA/dt=kcA,k=0.262 h-1。操作温度从20℃提高到35℃,生物膜电化学活性不断提高,传荷阻抗从361.2Ω减小到36.2Ω,阳极电极电势不断降低,同时,峰值功率密度从80.6 mW/m2提高到183.3 mW/m2。45℃时,产电菌活性降低,峰值功率密度减小到36.8 mW/m2。葡萄糖浓度为1 500 mg/L,温度为35℃时,MFC电化学性能最佳,稳定运行6 h后库伦效率为44.6%,COD去除率为49.2%。     

NiY分子筛的合成及在微生物电解池阴极的析氢性能研究

在Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-H₂O体系中添加硝酸镍,采用导向剂法合成了NiY分子筛。利用XRD、SEM、TEM、N₂吸附-脱附等手段对合成的NiY分子筛进行了表征。结果表明,随着镍添加量的增加,结晶度和zeta电位呈先增大后减小的趋势。当Si/Ni （mol ratio）大于5时,硝酸镍对分子筛的形成具有促进作用,当Si/Ni （mol ratio）小于5时,则具有抑制作用。晶粒粒径为1.5-3 μm,形貌为凹槽结构的六方或四方柱型,且具有微孔-介孔多级孔道结构特征。通过循环伏安曲线和极化曲线测试,在Si/Ni （mol ratio）=5时,样品的氧化还原性能最强,过电势最小,电催化活性最高。在12 h内,每4 mg的Si/Ni （mol ratio）=5样品,产气总量为10.1 mL,氢气纯度达81.69%,与Pt电极相比其氢气产量提高了28%。NiY分子筛表现出良好的析氢催化活性,有望取代Pt成为MEC新型阴极材料。     

葡萄糖乙酸钠不同基质微生物燃料电池电化学性能对比研究

本文通过接种生活污水处理厂的好氧污泥和厌氧污泥,撘建两个双室微生物燃料电池(MFC,Microbial fuel cell),分别以葡萄糖、乙酸钠作为基质,在0.0335 mol•L^-1基质浓度下研究不同基质微生物燃料电池的产电性能. 研究表明：葡萄糖体系的阳极半电池阻抗为222 Ω,乙酸钠体系为213.67 Ω,说明两种不同有机基质对电池内阻无明显影响. 葡萄糖、乙酸钠体系的交换电流密度i⁰分别为3.463 mA•m^-2、 5.987mA•m^-2;COD去除率分别为50.6%、55.8%;库仑效率分别为42.1%、46.2%. 葡萄糖为基质时最大输出功率密度为394.2 mW•m^-2,相应的最大电流密度为1800mA•m^-2;乙酸钠为基质时最大输出功率密度为311.9mW•m^-2,相应的最大电流密度为1527.5mA•m^-2. 葡萄糖代谢过程复杂并不单一,且代谢不彻底,乙酸钠分子简单更容易代谢,因此乙酸钠的库伦效率及COD去除率均高于葡萄糖,由以上数据可以得出葡萄糖为基质的燃料电池产电性能较好.     

Ni(OH)2/Ni/g-C3N4复合材料:一种高效的析氢电催化剂

高效析氢催化剂的制备仍是目前亟待解决的重要课题.本研究采用液相浸渍原位还原法制备了Ni(OH)2/Ni/g-C3N4复合催化剂,并与碳纸(CP)组合作为微生物电解电池(MEC)的阴极.采用SEM、TEM、XRD、XPS和电化学分析等技术对所制备的催化剂样品的结构性质和析氢电催化性能进行了分析研究.结果表明,Ni(OH)...     

反作用轮扰动特性测量及研究

反作用轮微振动是影响卫星姿态控制精度的重要因素.测量反作用轮扰动的目的是掌握其扰动规律,进而采取相应的控制方法和隔离技术.考虑到反作用轮的扰动与安装条件有关,使用"刚性六分量测试平台"和"柔性六分量测试平台"两种方法进行反作用轮扰动特性测量,并从三个方面对两种方法得到的结果进行比较.比较结果表明,不同测试条件下得到的谐波数是相同的;安装结构刚度降低会降低反作用轮的固有频率;柔性安装条件的减振作用会降低扰动峰值.试验结果可以为探讨卫星结构动态特性对扰动力的影响提供经验和指导.     

KMnO4与醇类有机物制备MnOOH的研究

在140℃的条件下,用KMnO4分别与甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、1,3-丙二醇以及1,4-丁二醇进行水热反应24 h。采用X射线粉末衍射(XRD)与环境扫描电子显微镜(SEM)对反应产物进行表征。结果表明,KMnO4与乙醇、丙醇、丁醇以及1,4-丁二醇反应均可以得到较纯的棒状MnOOH晶体。KMnO4与甲醇、1,3-丙二醇反应不仅得到了MnOOH晶体并且也得到Mn3O4晶体,而与乙二醇的反应只得到了Mn3O4晶体。并简单探讨了形成这种规律的原因。     

基于透射电镜晶格图像数字云纹的应变测量方法

提出一种通过量化几何转角实现应变测量的数字云纹新方法。该方法以高分辨透射电镜(TEM)获取的晶格图像为基础,通过傅立叶变换-反傅里叶变换,将TEM晶格图像生成三个不同倾角的栅线图。以已知应变状态位置获取的TEM栅线图为参考栅,以所需测量位置获得的栅线图为试件栅,分别对倾角接近的参考栅与试件栅进行逻辑运算,得到各倾角栅对应的数字云纹图像。基于几何云纹基本原理,建立参考栅与试件栅二者之间栅线倾角的变化(即栅线转角θ)、该栅线倾角所对应几何云纹条纹的倾角与栅线间距变化率(即栅线法向应变分量ε)之间的解析关系。计量栅线转角与几何云纹条纹的倾角便能够得到试件栅位置上三个不同方向的正应变,从而实现面内应变各分量的解耦测量。由于本方法获得的是高分辨TEM图像所在位置的应变平均信息,因此具有十纳米量级的空间分辨率。本文采用模拟实验对以上方法的正确性进行了验证,并将其应用于多层异质半导体结构横截面样品的应变分析,并给出了面内应变各分量的细节信息。     

微生物燃料电池中生物膜成长对电池电化学性能的影响

以大肠杆菌为接种体,葡萄糖为基质,在1 000 Ω恒外阻下生成电活性生物膜,研究了生物膜的形成对电池电化学行为的影响。应用循环伏安、阻抗测试、极化分析、输出功率和阳极电势来考察其电化学表现。研究结果表明,随着生物膜完全成熟,阳极极化电阻减小66.5%,阳极电势逐渐降低,最大输出功率密度增加260%。     

双薄壁墩连续刚构桥基频的统一计算模式

为研究双薄壁墩连续刚构桥基频计算公式并建立其统一表达式,基于能量原理在给出振型函数的基础上提出了高墩连续刚构桥基频的一般表达式;以典型高墩连续刚构桥梁为例,通过改变系梁的数量、位置、刚度,构造了多种不同的桥梁结构形式,建立了相应的有限元分析模型,研究了系梁设计参数对桥梁结构自振特性影响的一般规律,分析了具有系梁构造的高墩大跨连续刚构桥基频理论计算公式,并对高墩连续刚构桥基频的一般表达式进行了修正,给出了基频的统一计算模式,最后对该模式的可行性进行了实桥验证。结果表明:设置系梁后,连续刚构桥的基频至少增大了15%;随着系梁与桥墩刚度比值的增大,高墩连续刚构桥基频明显增大,两者呈一定的函数关系;本文提出的基频统一公式计算值与桥梁基频实测值误差为3%。研究成果可为此类桥梁抗震设计及结构评估提供参考。     

纳米NiO-Y复合阴极材料的制备及微生物电解池催化产氢性能

在Y分子筛的溶胶反应体系中加入碳球,经老化、水热晶化反应得到纳米Y分子筛,通过等体积浸渍（incipient-wetness impregnation,IWI）方式负载镍盐前驱体,经焙烧制备纳米NiO-Y复合材料,采用XRD、SEM、TEM、XPS、TG-DTG和N₂吸附-脱附等手段对其物理化学性质进行表征。结果表明,合成的NiO-Y复合材料样品的晶粒粒径为500 nm,具有微-介孔多级孔道结构。总比表面积达到774.3 m²/g,孔容为0.495 cm³/g,有利于暴露更多的活性位。通过线性扫描和塔菲尔曲线电化学测试评价发现,当镍盐负载量为30%（质量分数）时,纳米NiO-Y复合材料作为微生物电解池阴极具有较高的电催化活性。在运行周期内,样品的最大析氢电流密度达到22.87 A/m²,产气总量中H₂含量占73.71%,产氢效率为0.393 m³/（m³·d）,与Pt/C阴极产氢效率相近。