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不同厌氧发酵系统在造纸废水处理中的应用 被引量:11
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作者 祁梦娇 赵伟仲 +2 位作者 周艺璇 夏大平 孙长彦 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2416-2424,共9页
在“碳达峰和碳中和”目标下寻求高效处理造纸废水的方法尤为迫切。以某造纸厂的废水为研究对象,利用不同的厌氧发酵系统对其进行微生物降解,分别对厌氧发酵过程中的生物甲烷组分、液体组分、液体DOM、微生物群落结构进行了测定和分析,... 在“碳达峰和碳中和”目标下寻求高效处理造纸废水的方法尤为迫切。以某造纸厂的废水为研究对象,利用不同的厌氧发酵系统对其进行微生物降解,分别对厌氧发酵过程中的生物甲烷组分、液体组分、液体DOM、微生物群落结构进行了测定和分析,优化了处理系统。结果表明:不同厌氧发酵系统对废水中各组分降解去除能力依次为MEC-AD>MFC-AD>AD+磁铁矿>AD;MEC-AD处理造纸废水具有高效性,可促使生物甲烷高峰期相对AD提前8 d,SCOD、TP和NH_(4)^(+)-N去除率分别达到了77.79%、86.73%和75.98%,废水DOM中酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质和溶解性微生物的含量显著降低,生物甲烷高峰期菌群的优势菌属为Proteobacteria、Bacteroidetes。 展开更多
关键词 厌氧发酵 造纸废水 微生物电解池 微生物燃料电池 纳米磁铁矿
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MoS_2/石墨烯复合阴极材料的制备及微生物电解池催化产氢性能 被引量:12
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作者 代红艳 杨慧敏 +4 位作者 刘宪 简选 郭敏敏 曹乐乐 梁镇海 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期351-358,共8页
采用水热法合成了一系列MoS_2/石墨烯(Gr)复合物,并制成碳基复合电极.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、线性扫描伏安法等手段对材料进行表征,研究了MoS_2/Gr电极作为微生物电解池(MEC)阴极的产氢性能.结果表明,MoS_2/Gr复合材料呈... 采用水热法合成了一系列MoS_2/石墨烯(Gr)复合物,并制成碳基复合电极.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、线性扫描伏安法等手段对材料进行表征,研究了MoS_2/Gr电极作为微生物电解池(MEC)阴极的产氢性能.结果表明,MoS_2/Gr复合材料呈现三维层状结构,且负载在石墨烯上的MoS_2为无定形MoS_2.(NH_4)_2MoS_4和氧化石墨烯的最佳原料配比为1∶1,当滴涂量为1.5mg/cm^2时,电极的析氢催化能力最强.在MEC产氢实验中,MoS_2/Gr阴极MEC的平均产氢电流密度、产氢率、库仑效率、氢气回收率和阴极氢气回收率分别为(9.96±0.65)A/m^2,(0.424±0.041)m^3H_2/(m^3·d),(89.11±5.87)%,(70.47±6.78)%和(78.86±2.49)%,均高于Pt/C阴极MEC;其能量回收率也与后者相媲美.另外,MoS_2/Gr具有良好的长期稳定性,且价格便宜,适于实际应用. 展开更多
关键词 二硫化钼/石墨烯 碳基电极 微生物电解池 产氢性能
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微生物电解池应用研究进展 被引量:9
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作者 王博 高冠道 +4 位作者 李凤祥 周启星 宋晓静 翟欢欢 李亚宁 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期1084-1092,共9页
微生物电解池(microbial electrolysis cells,MECs)的研究方向主要集中于制氢,随着研究的深入,MECs发展出集产能与治污于一体以及多种应用形式,为解决当前国际面临的能源问题和水资源保护提供了一种新的解决方案,受到各国科学家的广泛... 微生物电解池(microbial electrolysis cells,MECs)的研究方向主要集中于制氢,随着研究的深入,MECs发展出集产能与治污于一体以及多种应用形式,为解决当前国际面临的能源问题和水资源保护提供了一种新的解决方案,受到各国科学家的广泛关注。本文整理了MECs的原理、性能影响因素,重点介绍了MECs在水处理、微生物电合成产品和与技术集成三方面的国内外应用研究。分析显示:随着新材料和新方法引入本领域,MECs发展出现了许多新应用及与其相适应的反应系统构型,但仍需要在MECs应用潜力拓展、MECs产品低浓度条件下富集、功能菌对应目标污染物驯化、反应系统运行机制等方面作深入研究,以提高MECs的整体性能,推进MECs在水处理和生产化学品方面的实际应用。 展开更多
关键词 微生物电解池 脱盐 废水处理 微生物电合成 集成应用
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基质COD浓度对单室微生物电解池产甲烷的影响 被引量:8
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作者 滕文凯 刘广立 +2 位作者 骆海萍 张仁铎 符诗雨 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期1021-1026,共6页
单室微生物电解池(microbial electrolysis cells,MEC)产甲烷过程中,底物COD浓度可同时影响阳极和阴极微生物的活性.为了探究COD浓度的影响,构建生物阴极型单室MEC,比较COD为700、1 000、1 350 mg·L-1情形下产甲烷速率和COD去除量... 单室微生物电解池(microbial electrolysis cells,MEC)产甲烷过程中,底物COD浓度可同时影响阳极和阴极微生物的活性.为了探究COD浓度的影响,构建生物阴极型单室MEC,比较COD为700、1 000、1 350 mg·L-1情形下产甲烷速率和COD去除量随外加电压的变化规律,并计算MEC的能量效益.结果表明,随着COD的增加,产甲烷速率和COD去除量均呈增大趋势.随着外加电压的升高(0.3~0.7 V),低COD条件下MEC的产甲烷速率呈增大趋势,而在中、高COD条件下,产甲烷速率随着外加电压的升高先增大后减小;COD去除量的变化规律与产甲烷速率一致.当外加电压为0.5 V时,阴极电势降至最低值(-0.694±0.001)V,有利于产甲烷菌的富集,从而获得最高的产甲烷速率和能量回收率(约42.8%).COD浓度1 000mg·L-1和外加电压0.5 V时,MEC可获得最大的能量收益0.44 k J±0.09 k J(约1 450 k J·m-3).最终结果表明,MEC可利用低浓度COD废水生产甲烷,并且可获得正的能量效益,这为废水中化学能量的回收利用提供了新的研究思路. 展开更多
关键词 微生物电解池 产甲烷 生物阴极 化学需氧量 电压
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微生物电解池产甲烷技术研究进展 被引量:8
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作者 毛政中 孙怡 +3 位作者 黄志鹏 李超超 黄浩斌 成少安 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2411-2425,共15页
微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)产甲烷技术是以微生物为催化剂,利用外界输入的电能将CO2或有机污染物转化为甲烷的新技术。MEC在实现CO2处置与能量转化的同时,能够处理污水、污泥、沼渣等多种污染物并生产甲烷,具有能... 微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)产甲烷技术是以微生物为催化剂,利用外界输入的电能将CO2或有机污染物转化为甲烷的新技术。MEC在实现CO2处置与能量转化的同时,能够处理污水、污泥、沼渣等多种污染物并生产甲烷,具有能量转化率高、生产成本低、环境友好等特点,可望成为解决能源紧缺和环境破坏问题的重要途径之一。近年来,MEC在产甲烷生物阴极结构及电子传递途径、产甲烷微生物群落等方面得到了广泛关注,同时,MEC耦合厌氧消化或其他废水处理系统形成的产甲烷新技术也逐渐研发并成为研究热点。本文综述了产甲烷生物阴极、产甲烷微生物群落等方面的研究现状,介绍了MEC耦合厌氧消化或其他系统产甲烷新技术,总结并分析了MEC产甲烷技术的研究方向和实用化过程仍需解决的技术难题。 展开更多
关键词 微生物电解池 二氧化碳 甲烷 厌氧消化 废水
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生物电化学系统对河道沉积物中抗生素的强化去除 被引量:6
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作者 陶玥彤 李茹莹 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1383-1392,共10页
生物电化学系统已被证明可以有效降解废水或污泥中的抗生素,但对于河道沉积物中抗生素降解效果的研究还十分有限.本研究以河道沉积物为底物,考察了沉积物中本底抗生素在微生物电解池(microbial electrolysis cell, MEC)和微生物燃料电池... 生物电化学系统已被证明可以有效降解废水或污泥中的抗生素,但对于河道沉积物中抗生素降解效果的研究还十分有限.本研究以河道沉积物为底物,考察了沉积物中本底抗生素在微生物电解池(microbial electrolysis cell, MEC)和微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)中的去除、迁移和降解效率,以及反应器运行期间的电化学性能和微生物种群结构变化.结果显示,MEC和MFC均可以强化沉积物中抗生素的去除,喹诺酮类抗生素和四环素类抗生素中的CTC的去除是向上覆水中迁移与生物电化学降解共同作用的结果,而大环内酯类抗生素和四环素类抗生素中的TC和OTC的去除主要是依靠生物电化学降解作用.TC和OTC在MEC中的降解效率分别比MFC高出82.6%和29.5%,而MFC对大环内酯类抗生素的降解效率比MEC高27.6%~40.6%.电化学性能测试结果显示,以河道沉积物为底物的MFC内阻较大导致其功率密度相对较低,但MFC阳极比MEC阳极表现出了更好的氧化效果.微生物种群结构变化分析发现,门水平上的Proteobacteria及其对应的纲水平上的Deltaproteobacteria和Gammaproteobacteria可能对抗生素的强化去除起到了主要的积极作用,而且MFC阳极比MEC更容易富集Proteobacteria. 展开更多
关键词 微生物电解池 微生物燃料电池 抗生素 河道沉积物
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间歇供电的微生物电解池改善甲酸预处理剩余污泥厌氧消化产甲烷
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作者 李欣彤 仲司佳 +3 位作者 张代钧 尹向阳 杜豪敏 江瑞阳 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期201-212,共12页
厌氧消化(AD)是一种有前景的剩余污泥(WAS)资源化的技术,但存在底物利用率低、甲烷产率低和反应周期长等问题.本研究利用甲酸预处理技术促进WAS溶裂(FA-WAS),同时构建微生物电解池-厌氧消化(MEC-AD)体系,并引入间歇供电模式,旨在提高厌... 厌氧消化(AD)是一种有前景的剩余污泥(WAS)资源化的技术,但存在底物利用率低、甲烷产率低和反应周期长等问题.本研究利用甲酸预处理技术促进WAS溶裂(FA-WAS),同时构建微生物电解池-厌氧消化(MEC-AD)体系,并引入间歇供电模式,旨在提高厌氧消化过程中底物甲烷产率和能量转换效率.与AD体系相比,MEC-AD体系的生物沼气中甲烷含量(67.8%)、累计甲烷产量(230.7 mL·g^(-1))和甲烷产率(19.5mL·g^(-1)·d-1)分别提高了19.2%、84.4%和59.8%,净能量转换效率达到41.7%.间歇供电(12 h-ON、12 h-OFF)模式下,该体系的生物沼气中甲烷含量(61.4%)、累计甲烷产量(157.2 mL·g^(-1))和甲烷产率(11.5 mL·g^(-1)·d^(-1))相较于AD体系分别提高6.2%、14.2%、13.9%,净能量转换效率达到64.0%;同连续模式相比其电能消耗降低了63%,净能量回收效率提高了34.8%.MEC的引入使Methanobacterium、Methanobrevibacter菌属得到富集,间歇供电中,Methanobacterium相对丰度较连续供电模式提高28.9%;Methanobacterium和Methanobrevibacter均是典型的氢营养型产甲烷菌,从而有利于甲烷的产生.MEC-AD体系提升了FA-WAS的厌氧产甲烷性能,间歇供电运行模式实现了低能耗下高甲烷产量,为WAS厌氧消化产甲烷提供了新途径. 展开更多
关键词 剩余污泥 厌氧消化 产甲烷 微生物电解池 间歇供电
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生物电解池氨氧化脱氮产能 被引量:6
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作者 李建 占国强 +2 位作者 王娟 高平 李大平 《应用与环境生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1058-1062,共5页
以不锈钢筒作为阴极、碳毡作为阳极,阴阳极间利用无纺布作为隔膜构建单室生物电解池,以氨作为唯一电子供体,接入混合菌群,通过恒定不同的阳极电势,考察不同初始浓度氨氮在生物电解池内的氧化与产物的生成情况.结果表明,恒定阳极电势0.2 ... 以不锈钢筒作为阴极、碳毡作为阳极,阴阳极间利用无纺布作为隔膜构建单室生物电解池,以氨作为唯一电子供体,接入混合菌群,通过恒定不同的阳极电势,考察不同初始浓度氨氮在生物电解池内的氧化与产物的生成情况.结果表明,恒定阳极电势0.2 V(vs Ag/Ag Cl)时,经过5 d的运行,初始氨氮浓度200 mg/L、400 mg/L的氨氮去除率分别为30%、35%,氮气分别积累16.1 m L、17.18 m L,甲烷分别积累1.18 m L、1.46 m L;恒定阳极电势0.6 V(vs Ag/Ag Cl)时,初始氨氮浓度200 mg/L、400 mg/L,氨氮去除率分别为32.4%、36.6%,分别积累氮气16.48 m L、17.42 m L,积累甲烷1.3m L、1.52 m L,未检测到硝态氮和亚硝态氮.循环伏安扫描分析发现,阳极具有明显的氧化还原峰,且不同的阳极恒定电势,导致其氧化还原峰出现偏移.通过电镜扫描,发现阳极微生物细胞表面具有明显的褶皱形状,高通量分析显示阳极微生物中Geobacter占24.11%,是优势菌群,在阳极氨氧化过程中起到关键作用.同时发现系统中还存在氢营养型产甲烷菌Synergistes(3.8%)以及梭菌Clo stridium(3.8%)和Gordonia(1.85%)等功能微生物.本文研究表明,在生物电解池内,微生物能够以氨氮作为电子供体,通过氨氧化脱氮,并产生氢气和甲烷. 展开更多
关键词 生物电解池 氨氧化 脱氮 氢气 甲烷
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利用微生物电解池处理牛奶废水过程中产电菌落与产氢性能之间的关系 被引量:6
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作者 王为 骆海萍 +4 位作者 刘广立 樊青娟 陈姗姗 侯晓月 张仁铎 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2075-2082,共8页
【目的】研究微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)利用复杂有机物作为底物的运行特性,对其在废水处理中的应用有着重要的意义。【方法】以模拟牛奶废水为基质,通过构建MEC反应器来考察在不同外加电压条件下产电菌群的性能。... 【目的】研究微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)利用复杂有机物作为底物的运行特性,对其在废水处理中的应用有着重要的意义。【方法】以模拟牛奶废水为基质,通过构建MEC反应器来考察在不同外加电压条件下产电菌群的性能。【结果】当外加电压升高到1.2 V时,最大电流密度可达到261 A/m3,产氢速率可达0.048 m3H2/m3d,分别比外加电压为0.4 V的情形提高了467%和700%。外加电压为1.2 V时,系统对COD和蛋白质去除率可分别达59%和74%,其中COD去除较之0.4 V的情形提高了22.5%。PCR-DGGE的分子生物学分析结果表明,阳极生物膜中以Geobacter sp.作为优势菌,说明在利用大分子有机物作为基质时产电菌与非产电菌的协同作用更为明显。【结论】MEC能够利用牛奶废水作为燃料,在实现高效降解的同时以产氢的形式进行能量产出,这为MEC的实际应用提供了研究思路。 展开更多
关键词 产电细菌 微生物电解池 牛奶废水
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用于生物电化学系统的石墨烯电极新进展 被引量:5
10
作者 王强 黄丽萍 +2 位作者 于洪涛 全燮 陈国华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2013年第5期889-896,共8页
可持续社会的发展需要成本低,并从废物或废水中提取能源或将能源转化为产品的环境友好技术.近年兴起的生物电化学系统(BESs)利用微生物催化不同电化学反应,是将废物或废水中能量转化为电能等多种产品的发展前景广阔的新技术.当有关反应... 可持续社会的发展需要成本低,并从废物或废水中提取能源或将能源转化为产品的环境友好技术.近年兴起的生物电化学系统(BESs)利用微生物催化不同电化学反应,是将废物或废水中能量转化为电能等多种产品的发展前景广阔的新技术.当有关反应的吉布斯自由能小于零,系统输出电能,此时的BESs即为微生物燃料电池(MFCs);相反,若反应的吉布斯自由能为正值,此时的BESs被称为微生物电解电池(MECs).随着研究工作的不断深入和拓展,BESs的电极性能已成为制约其应用的瓶颈.石墨烯以其独特的结构和优异的材料性能在BESs领域,特别是MFCs中得以应用.本文参考了最新的文献资料,综述了石墨烯应用于BESs的发展现状,包括应用于MFCs的石墨烯电极、掺杂石墨烯电极、担载石墨烯电极,对其在MECs中可能的应用,以及未来发展趋势予以展望. 展开更多
关键词 石墨烯 电极 生物电化学系统 微生物燃料电池 微生物电解电池
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微生物电解池阳极生物膜功能菌群构建及群落特征分析 被引量:5
11
作者 刘充 刘文宗 王爱杰 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期845-852,共8页
【目的】微生物电解电池(MEC)是近几年快速发展的利用电极呼吸微生物快速降解有机质,通过较小的辅助外加电压直接生成氢气的新工艺。MEC能够有效地富集高效率电子传递功能菌群,是未来工艺放大和快速启动的关键。【方法】采用不同驯化方... 【目的】微生物电解电池(MEC)是近几年快速发展的利用电极呼吸微生物快速降解有机质,通过较小的辅助外加电压直接生成氢气的新工艺。MEC能够有效地富集高效率电子传递功能菌群,是未来工艺放大和快速启动的关键。【方法】采用不同驯化方法构建MEC电极微生物菌群,通过单链构象多肽性技术(Single-strand conformation poly-morphism,SSCP)快速检测分析启动后电子传递功能菌群特征。【结果】阳极生物膜接种MEC可以实现2 d的快速启动,库仑效率达到20%以上,7 d获得稳定产氢,氢气转化率达到30%,能量回收效率达到90%以上。通过SSCP群落分析发现,采用微生物燃料电池阳极生物膜构建的MEC主要电子传递功能相关的菌群包括Pseudomonas sp.、Flavobacterium sp.、Ochrobactrum sp.,而直接由产氢MEC阳极生物膜新启动的MEC功能菌群组成丰度更大,包括电子传递效能更高的Desulfovibrio、Pseudomonas和Shewanella成为主要优势电子传递菌群。通过稳定产氢运行,MEC阳极生物膜优势菌群中存在的较大比例的厌氧菌与电子传递辅助菌对体系的快速稳定运行十分重要。【结论】与MFC阳极生物膜相比,MEC生物膜作为启动菌源能够获得多样性更丰富的电极功能菌群,其库仑效率和产氢效率更具优势。 展开更多
关键词 微生物电解池 生物产氢 电子传递 阳极生物膜 微生物群落
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同步废水处理及产氢的微生物电解池研究进展 被引量:5
12
作者 王利勇 叶晔捷 +2 位作者 徐源 陈英文 沈树宝 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期30-33,共4页
利用微生物电解池产氢是一种环境友好的新技术。本文详细介绍了它的工作原理和特点,综述了用于微生物电解池的产氢微生物、阴极催化剂、阳极、反应器及操作参数优化的研究进展,并提出了今后研究的重点,展望了发展前景。
关键词 生物制氢 微生物电解池 废水处理
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酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析 被引量:5
13
作者 刘充 刘文宗 +1 位作者 王爱杰 周集中 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3057-3064,共8页
微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运... 微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10-15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系. 展开更多
关键词 微生物电解池 电子传递 功能基因 氢气 群落结构
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NiY分子筛的合成及在微生物电解池阴极的析氢性能研究 被引量:5
14
作者 胡丽 杨冬花 +3 位作者 赵煜 董志帅 王改 薄琼 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期607-614,共8页
在Na2O-Al2O3-Si O2-H2O体系中添加硝酸镍,采用导向剂法合成了Ni Y分子筛。利用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等手段对合成的Ni Y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 rat... 在Na2O-Al2O3-Si O2-H2O体系中添加硝酸镍,采用导向剂法合成了Ni Y分子筛。利用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等手段对合成的Ni Y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1.5-3μm,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 m L,氢气纯度达81.69%,与Pt电极相比其氢气产量提高了28%。Ni Y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。 展开更多
关键词 NiY分子筛 形貌 微生物电解池 催化析氢
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A strategy for enhancing anaerobic digestion of waste activated sludge: Driving anodic oxidation by adding nitrate into microbial electrolysis cell 被引量:3
15
作者 Hong Peng Zhiqiang Zhao +3 位作者 Hong Xiao Yafei Yang Huimin Zhao Yaobin Zhang 《Journal of Environmental Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第7期34-42,共9页
Cathodic reduction of CO_2 and anodic oxidation of organic matters are crucial to methaneproducing microbial electrolysis cell(MEC) applied in anaerobic digestion of waste activated sludge. However, cathodic CO_2 redu... Cathodic reduction of CO_2 and anodic oxidation of organic matters are crucial to methaneproducing microbial electrolysis cell(MEC) applied in anaerobic digestion of waste activated sludge. However, cathodic CO_2 reduction is usually restrained by slow metabolism rates of H_2-utilizing methanogens and low electron-capturing capacity of CO_2, which consequently slows down the anodic oxidation that participates to sludge disintegration. Herein, a strategy with adding nitrate as electron acceptor to foster electronic transfer between the anode and cathode was proposed to improve anodic oxidation. Results showed that the average efficiency of anodic oxidation in the nitrate-added MEC increased by 55.9%. Accordingly,volatile suspended solid removal efficiency in the nitrate-added MEC was 21.9% higher than that of control MEC. Although the initial cumulative methane production in the nitrateadded MEC was lower than that of control MEC, the cumulative methane production in 24 days was 8.9% higher. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated that anodic oxidation of MEC with nitrate accelerated the disintegration of sludge flocs and cell walls. Calculation on current signal further revealed that anodic oxidation driven by cathodic nitrate reduction was the main mechanism responsible for the improved sludge digestion. 展开更多
关键词 Waste ACTIVATED SLUDGE microbial electrolysis cell NITRATE Anodic oxidation SLUDGE reduction
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阴极材料对MEC-AD体系产甲烷性能的影响评估
16
作者 陈文佳 孟圣奥 +3 位作者 刘雯 邵婷 叶婧柔 林春绵 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期146-152,共7页
为了研究阴极材料对微生物电解池(MEC)耦合厌氧消化(AD)体系产甲烷性能的影响,分别将不锈钢、钛、泡沫铜、泡沫镍作为阴极,分析不同阴极材料所处体系在不同电压条件下的产气性能、阴极材料的电化学特性以及阳极微生物群落结构。结果表明... 为了研究阴极材料对微生物电解池(MEC)耦合厌氧消化(AD)体系产甲烷性能的影响,分别将不锈钢、钛、泡沫铜、泡沫镍作为阴极,分析不同阴极材料所处体系在不同电压条件下的产气性能、阴极材料的电化学特性以及阳极微生物群落结构。结果表明:在4种阴极材料中,泡沫铜和泡沫镍所处的体系产甲烷、析氢性能最强,电子传递效率及电化学活性较不锈钢和钛强,所处体系中阳极产甲烷功能菌含量明显高于不锈钢和钛,故直接电子传递效率较强。由于泡沫铜易被氧化,故泡沫镍作为阴极材料具有一定的优越性。 展开更多
关键词 微生物电解池 阴极材料 厌氧消化 甲烷 微生物群落结构
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不同碳源及电压对微生物电解池脱氮性能的影响
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作者 石书银 张雨晴 +2 位作者 阮燕囡 徐苏云 刘洪波 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期87-94,共8页
在不同电压条件下,考察微生物电解池(MEC)对模拟沼液中不同碳源(乙酸、富里酸)和总氮的脱除效果,并分析其微生物群落结构变化。以乙酸为碳源,NO3--N几乎完全被去除,化学需氧量(COD)去除率稳定在72%左右;以富里酸为碳源,NO3--N和COD去除... 在不同电压条件下,考察微生物电解池(MEC)对模拟沼液中不同碳源(乙酸、富里酸)和总氮的脱除效果,并分析其微生物群落结构变化。以乙酸为碳源,NO3--N几乎完全被去除,化学需氧量(COD)去除率稳定在72%左右;以富里酸为碳源,NO3--N和COD去除率分别下降至40%~50%和50%~60%。比较而言,MEC在0.2~0.4 V电压条件下COD和总氮去除性能更稳定;在更高的电压(0.8 V)条件下,NO3--N的去除率最高上升至52%,但总氮去除率下降至(32.4±3.7)%。高通量测序结果显示,外加电压可以有效地提高微生物菌群抵抗底物负荷冲击的能力,并增加MEC反应器内的菌群特别是自养脱氮菌的多样性和丰度。其中,自养反硝化菌Thanuera的丰度由4.35%增长到7.65%;在以富里酸为碳源的MEC反应器中,多种厌氧脱氮细菌被激活富集,反硝化细菌Anaerolineae最大丰度为11.16%,厌氧氨氧化菌Planctomycetota的相对丰度由对照组的0.41%提升至1.59%。 展开更多
关键词 微生物电解池 微生物群落 沼液 富里酸 反硝化
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电化学参数影响下微生物电解池阳极膜上电活性微生物群落的变化 被引量:3
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作者 杨思霞 邵琼丽 +2 位作者 许坤德 龙宪钢 李建昌 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期549-557,共9页
近些年来,微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)在产氢方面的应用深受关注。但是,作为MEC的生物催化剂,电活性微生物的群落与功能尚未阐述清楚。因此,本实验通过电化学测量和16S rRNA测序等技术,检测了不同电化学参数下MEC产... 近些年来,微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)在产氢方面的应用深受关注。但是,作为MEC的生物催化剂,电活性微生物的群落与功能尚未阐述清楚。因此,本实验通过电化学测量和16S rRNA测序等技术,检测了不同电化学参数下MEC产氢产电的情况,并分析了阳极生物膜上电活性微生物的种群结构。电化学结果显示,在其他参数一致的情况下,单独设置电解电压为1.0 V、电极距离为1.5cm、并联电源数为3个的情况下,其对应的MEC所形成的阳极膜产氢潜力最大,分别是5.35、5.56和5.68 mol/(mol-G)(G,葡萄糖)。微生物种群结构显示,不同电化学参数下阳极膜富集的电活性微生物多样性与种群结构不同,其中,MEC性能较好的实验组中所形成的阳极生物膜上土杆菌属(Geobacter)和梭菌属(Clostridium)的丰度相对较高,但对应的阳极微生物多样性并非最为丰富。综上所述,不同电化学参数对电活性微生物相对丰度的影响,更可能是导致MEC产氢能力不同的因素。 展开更多
关键词 微生物电解池 电化学参数 阳极膜 微生物种群变化 氢气产量
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污泥炭强化微生物电解池提高污泥厌氧消化甲烷产率与系统稳定性 被引量:3
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作者 袁志强 尹常凯 +3 位作者 徐佳佳 李超 沈雁文 朱南文 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期253-263,共11页
投加污泥炭可有效改善利用微生物电解池厌氧消化(MEC-AD)甲烷产率偏低的问题,但其对MECAD体系的长期影响仍未知。研究了不同运行条件(外加电压、有机负荷率OLR)下,污泥炭对MEC-AD在连续进料运行模式下产甲烷效能的提高。首先,基于甲烷... 投加污泥炭可有效改善利用微生物电解池厌氧消化(MEC-AD)甲烷产率偏低的问题,但其对MECAD体系的长期影响仍未知。研究了不同运行条件(外加电压、有机负荷率OLR)下,污泥炭对MEC-AD在连续进料运行模式下产甲烷效能的提高。首先,基于甲烷产率、电流密度等指标,确定最佳外加电压为1.5 V;然后,在相同外加电压(1.5 V)、不同OLR的条件下,比较了对照组(ME1.5)和投加污泥炭的实验组(MEBC1.5)的产甲烷和系统稳定性,OLR通过水力停留时间(HRT)控制。结果表明,当HRT从10 d逐步缩短至2.5 d,ME1.5与MEBC1.5的甲烷产率呈现先上升后下降的变化趋势,且MEBC1.5的甲烷产率始终高于ME1.5。这表明污泥炭在不同OLR运行条件下均可改善甲烷产率。微生物群落多样性分析结果表明,对比ME1.5与MEBC1.5,投加污泥炭使得生物阴极优势菌属Coprothermobacter、Fervidobacterium、Bellilinea、Methanosarcina的相对丰度分别增加了34.1%、186.6%、130.5%、9.5%。KEGG通路分析结果表明,MEBC1.5中乙酸裂解途径和H_(2)还原CO_(2)途径产甲烷代谢过程相关基因的丰度均有所提高。本研究结果可为污泥炭强化市政污泥MEC-AD产甲烷效能和相关的微生物机制提供参考。 展开更多
关键词 污泥基生物炭 微生物电解池 厌氧消化 剩余污泥 生物甲烷 宏基因组学
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基于微生物电解池的废水生物处理技术研究进展 被引量:4
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作者 鲁正伟 伍永钢 杨周生 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1-6,共6页
在阐述微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)工作原理的基础上,介绍了利用微生物电解池处理废水中各类污染物的研究进展,以及反应器结构改进、工业规模反应器和新型处理工艺的开发等,并展望了微生物电解池在污染物降解领域的... 在阐述微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)工作原理的基础上,介绍了利用微生物电解池处理废水中各类污染物的研究进展,以及反应器结构改进、工业规模反应器和新型处理工艺的开发等,并展望了微生物电解池在污染物降解领域的发展方向。 展开更多
关键词 微生物电解池 废水处理 污染物降解 生物处理技术
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