藻类植物生物质的燃料电池产电性能研究

摘要

随着社会的不断发展，传统能源原料枯竭、效率低下、环境污染等问题日益严峻，人类亟需开发清洁的、可再生的能源。藻类是公认的最有前景的可再生能源之一。浒苔是一种典型的大型海藻，具有产率高、再生能力强、容易生长和繁殖迅速的特点，其在富营养化水体中的迅速繁殖会造成“绿潮”现象。因此，浒苔的资源化利用具有重要意义。
　　本论文利用国家标准方法分析了干燥的浒苔生物质的组分，测定了浒苔生物质中多糖的含量为50.72％，高于一般的大型海藻或微藻。多糖易在酸或酶的作用下水解，生成以小分子糖类为主要有机质的水解液，可作为原料生产生物能源。选择稀盐酸为水解反应的催化剂，设计控制变量实验，探究盐酸浓度、反应时间、反应温度对水解反应的影响。结果确定了最佳酸水解条件为：盐酸浓度2%，反应温度170°C，反应时间45min，此时水解液中的还原糖浓度为18.15 g/L，产率为27.23%。
　　产电阶段选用甲基紫精修饰的泡沫镍为阳极，辊压式空气电极为阴极，构建一种不含任何贵金属的碱性燃料电池。以浒苔水解液为底物，KOH溶液为电解质，利用碱性燃料电池产电，并研究浒苔水解液浓度和 KOH浓度对电池产电性能的影响。结果表明，在室温条件下，浒苔水解液浓度为18.15 g/L，KOH浓度为3 M时，电池的最大功率密度达3.81 W/m2，库伦效率为10.85%，这一结果高于所有已发表的关于以海藻为燃料的电池的研究。同时，通过对比等还原糖浓度的浒苔水解液和葡萄糖溶液的产电效果，证明在碱性燃料电池中，浒苔水解液更易被氧化。另外构建了微生物燃料电池并探究了浒苔水解液浓度、PBS浓度对电池性能的影响。结果表明，当浒苔水解液稀释倍数为5.6时微生物燃料电池的最大功率密度为0.64 W/m2，库伦效率为30.82%，适当地提高 PBS的浓度有助于电池性能的提升。

目录

声明

第1章 绪论

1.1生物质能源

1.2 藻类植物生物质的利用

1.3 燃料电池技术

1.4 本论文的研究内容和主要目的

第2章 浒苔的成分分析和水解反应

2.1 实验材料、试剂和仪器

2.2 实验方法

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 浒苔水解液在碱性燃料电池中的产电性能

3.1 实验材料、试剂和仪器

3.2 碱性燃料电池的构建

3.3 实验方法

3.4 实验结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 浒苔水解液在微生物燃料电池中的产电性能

4.1 实验材料、试剂和仪器

4.2 微生物燃料电池的构建和接种

4.3 实验方法

4.4 实验结果

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢