收藏本站
《合肥工业大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微生物电合成系统还原二氧化碳产甲烷的性能研究

鲍白翎  
【摘要】:随着全球化石燃料的急剧消耗,产生了大量的温室气体二氧化碳,其控制和减排问题受到世界各国的高度关注。近年来,利用微生物电化学技术(microbial bioelectrochemical technology,MET)还原二氧化碳制备高附加值产品已成为二氧化碳资源化利用的有效手段。本文构建了双室微生物电合成系统(Microbial electrosynthesis system,MES),采用碳毡作为电极材料,以处理淀粉废水的厌氧活性污泥作为接种菌源富集阴极功能微生物,系统地研究了环境温度、外加电势、电子媒介体蒽醌-2,6-磺酸钠(AQDS)等因素对MES阴极还原CO_2产甲烷的影响,并解析了阴极生物膜的微生物群落结构。主要结论如下:1、当温度从15 ℃升高到50 ℃,甲烷的产量和生成速率持续增大,当温度继续升高至65 ℃和70 ℃时,甲烷产量和生成速率逐渐减小。随着温度的升高,电流也是逐渐增大的。阴极产甲烷的库伦效率范围在19.15±2.31%~73.94±2.18%之间,主要的副产物有氢气和挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)等。研究表明利用MES还原CO_2产甲烷的最适宜温度为35 ℃~50 ℃。2、当MES的阴极电势从-0.70 V降低到-0.90 V vs Ag/AgCl时,甲烷的产量和速率都在升高,电流也是逐渐增大的。继续降低外加电势至-1.0 V,该系统几乎不产甲烷,同时有大量的氢气产生。产甲烷的库伦效率范围在49%~90%之间,检测到的副产物包含了氢气和VFAs。研究表明MES还原CO_2产甲烷的外加电势必须控制在一定的范围内。3、在生物厌氧降解的过程中引入电子媒介物,它会在生物酶的作用下有较高的活性和一定的稳定性,能降低电子供体与受体之间的传递障碍,加速电子传递速率。选择在MES培养液中加入电子媒介AQDS,在一定的外加电势和温度条件下启动反应器,发现其对电化学还原CO_2产甲烷的过程有一定的促进作用。4、通过扫描电镜(SEM)分析观察生物膜表面,发现有多种微生物吸附在碳毡上,其形状主要呈杆状和球状。通过对生物膜的16S rRNA基因测序,发现产甲烷的优势菌是Methanobacterium。分析表明温度和外加电势影响功能微生物种群的结构并对其生长和代谢途径有一定的影响。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q935

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周瑾洁;王旭东;孙亚琴;修志龙;;生物基化学品的微生物电合成研究进展[J];化工进展;2016年10期
2 郭琪;郑凌凌;沈伟;宋立荣;;不同二氧化碳浓度培养对两株栅藻碳固定速率及油脂积累的影响[J];水生生物学报;2016年02期
3 张东霞;薛蛟玉;;电活化玻碳电极循环伏安法测定对苯二酚的研究[J];应用化工;2016年06期
4 杨占红;裴莹莹;罗宏;薛婕;;国际碳排放特征演进及中国应对建议[J];气候变化研究进展;2016年03期
5 蓝奔月;史海峰;;光催化CO_2转化为碳氢燃料体系的综述[J];物理化学学报;2014年12期
6 赵毅;钱新凤;张自丽;;二氧化碳资源化技术分析及应用前景[J];科学技术与工程;2014年16期
7 张尧;张闻杰;蒋永;苏敏;陶勇;李大平;;生物电化学系统固定二氧化碳同时产生乙酸和丁酸[J];应用与环境生物学报;2014年02期
8 尹静;卢文玉;财音青格乐;;酶法和微藻固定二氧化碳的研究进展[J];化工进展;2013年11期
9 王影;彭闯;蒋登高;;电化学方法固定二氧化碳的研究进展[J];现代化工;2013年10期
10 孙彩玉;邸雪颖;李永峰;谢静怡;赵津竺;;微生物燃料电池系统中氧化还原介体的研究[J];安徽农业科学;2013年29期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 许文娟;马丽萍;黄彬;黄小凤;邓春玲;;CO_2催化加氢研究进展[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
2 陆文龙;;二氧化碳的捕集技术研究进展[A];第十届中国科协年会第18分会二氧化碳减排和绿色化利用与发展研讨会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 谢佳芳;二氧化碳电化学还原中铜基催化剂的设计与优化[D];中国科学技术大学;2016年
2 孙睿;MEC用于剩余污泥产氢产甲烷效能及微生物群落结构解析[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 潘云翔;CO_2催化转化的理论与实验研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李阳;微生物电化学耦合系统强化处理偶氮染料废水的研究[D];中国科学技术大学;2016年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张宏忠;张钰;叶长明;王明花;秦小青;李华中;;CO_2在铜掺杂的TiO_2纳米管中的光催化还原研究[J];化工新型材料;2017年11期
2 侯静静;赵清华;李廷鱼;胡杰;李朋伟;李刚;;球状MoS_2/WO_3复合半导体制备及其对RhB的光催化性能[J];无机化学学报;2017年09期
3 孙杨;王黎;李洋洋;胡宁;;微生物电催化转化反应器(BECR)转化CO_2合成有机化合物[J];环境化学;2017年07期
4 张颖;李澳;张琴;何雨坤;杜维妱;;改性石墨烯修饰电极同时测定苯二酚异构体[J];广州化工;2017年11期
5 郑小刚;杜京城;李子黎;付孝锦;由耀辉;刘勇;;金属镍掺杂g-C_3N_4的制备及其光降解性能[J];人工晶体学报;2017年05期
6 李军;崔凤霞;李荣;;二氧化碳还原技术研究进展[J];精细石油化工;2017年02期
7 徐梦秋;柴波;闫俊涛;汪海波;任占冬;;MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能[J];无机化学学报;2017年03期
8 巩金龙;;CO_2化学转化研究进展概述[J];化工学报;2017年04期
9 安树民;龚亚珍;;对构建全国碳交易体系的几点思考[J];林业经济问题;2016年06期
10 修志龙;姜莉莉;傅宏鑫;周瑾洁;权春善;;微生物发酵法生产1,3-丙二醇的研究新进展[J];微生物学杂志;2016年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杨志伟;过渡金属催化交叉偶联反应还原消除研究[D];中国科学技术大学;2016年
2 孙康;乙醇脱氢制备乙酸乙酯铜催化剂的DFT研究[D];天津大学;2014年
3 李亚男;辉光放电和射频放电等离子体制备Pd催化剂及性能研究[D];天津大学;2012年
4 李如珍;乙醇脱氢法制备乙酸乙酯铜基催化剂研究[D];天津大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李霞;还原铁粉和活性炭活化过硫酸钠处理甲基橙废水的试验研究[D];郑州大学;2017年
2 鲍白翎;微生物电合成系统还原二氧化碳产甲烷的性能研究[D];合肥工业大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝玉翠;;对苯二酚在纳米铂/多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为及测定[J];理化检验(化学分册);2015年08期
2 翟江丽;郝俊兴;;聚苯胺-石墨烯修饰玻碳电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚[J];分析科学学报;2015年03期
3 曹俊涛;王辉;刘启祥;刘彦明;;基于银纳米增强的化学发光法检测对苯二酚[J];信阳师范学院学报(自然科学版);2015年02期
4 何家洪;徐强;丁武泉;李强;;L-组氨酸-赤藓红复合膜修饰电极同时检测对苯二酚、邻苯二酚[J];环境科学;2015年04期
5 韦大乐;马爱民;马涛;;应对气候变化立法的几点思考与建议——日本、韩国应对气候变化立法交流启示[J];中国发展观察;2014年07期
6 额日和木;王旭;张煜琳;萨嘎拉;照日格图;;高效液湘色谱法测定苯、苯酚、对苯醌、苯二酚和苯三酚[J];分析仪器;2014年03期
7 孙傅;何霄嘉;;国际气候变化适应政策发展动态及其对中国的启示[J];中国人口.资源与环境;2014年05期
8 何建坤;;CO_2排放峰值分析:中国的减排目标与对策[J];中国人口.资源与环境;2013年12期
9 蒋永;苏敏;张尧;陶勇;李大平;;生物电化学系统还原二氧化碳同时合成甲烷和乙酸[J];应用与环境生物学报;2013年05期
10 苏敏;蒋永;张尧;高平;李大平;;生物电化学耦合H_2还原CO_2合成简单有机物[J];应用与环境生物学报;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨晓南;水中纳米TiO_2特性及对SBR活性污泥系统稳定性的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 孙丹;定向优选阳极微生物促进生物电化学系统效能的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 路璐;生物质微生物电解池强化产氢及阳极群落结构环境响应[D];哈尔滨工业大学;2012年
4 刘文宗;有机废水微生物电解产氢研究及电极微生物功能解析[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 刘晓玲;城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究[D];江南大学;2008年
6 李卫华;废水生物处理过程的紫外与荧光光谱解析[D];中国科学技术大学;2008年
7 韩优;Pt/TiO_2界面作用机理及其对甲醇分解催化性能的理论研究[D];天津大学;2007年
8 赵瑜;氩气辉光放电等离子体室温下还原贵重金属催化剂研究[D];天津大学;2007年
9 祝新利;等离子体处理对甲烷转化催化剂的影响[D];天津大学;2007年
10 苑宏英;基于酸碱调节的剩余污泥水解酸化及其机理研究[D];同济大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许宝孝;大分子特征用于产甲烷菌分类[J];微生物学通报;1987年06期
2 许宝孝;;产甲烷菌免疫鉴定及其应用[J];中国沼气;1987年03期
3 王保玉;刘建民;韩作颖;刘健;胡斌;;产甲烷菌的分类及研究进展[J];基因组学与应用生物学;2014年02期
4 郝鲜俊;洪坚平;高文俊;;产甲烷菌的研究进展[J];贵州农业科学;2007年01期
5 庞德公;杨红建;;产甲烷菌的分离纯化培养及其培养基对于菌株的选择作用[J];中国畜牧兽医;2010年06期
6 刘德燕;丁维新;;天然湿地土壤产甲烷菌及其影响因子研究进展[J];地理科学;2011年02期
7 张云茹;刘逸轩;沈庆涛;王永忠;;一种产甲烷优势菌群的筛选方法[J];生物技术;2011年02期
8 李会;马骏;崔薇薇;肇莹;王金艳;张淼;杨涛;;一株低温产甲烷菌的分离和鉴定[J];辽宁农业科学;2012年02期
9 许宝孝;产甲烷菌的辅酶[J];微生物学通报;1986年05期
10 许宝孝;;产甲烷菌遗传学研究进展[J];中国沼气;1989年03期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 宋素琴;张志东;顾美英;房世杰;;低温产甲烷菌的研究现状[A];2008年中国微生物学会学术年会论文摘要集[C];2008年
2 李秋敏;杨斌;张无敌;马煜;李建昌;刘士清;徐锐;尹芳;陈玉保;;蔗糖发酵产氢与产甲烷能源转换效率的研究[A];2011年中国沼气学会学术年会暨第八届理事会第二次会议论文集[C];2011年
3 麻婷婷;郑珍珍;代莉蓉;承磊;张辉;;不同pH缓冲液对乙酸降解产甲烷菌群结构的影响[A];第五届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会论文摘要集[C];2013年
4 邓晓;李勤奋;;稻鸭复合生态种养对产甲烷菌种群数量的影响[A];中国环境保护优秀论文集(2005)(下册)[C];2005年
5 杨森林;周琦颖;苟敏;汤岳琴;木田建次;江霞;;硫酸盐对中温厌氧乙酸产甲烷的影响[A];2014中国环境科学学会学术年会论文集(第五章)[C];2014年
6 黎霞;承磊;张辉;;高压胁迫对原油降解产甲烷菌群落结构的影响[A];第五届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会论文摘要集[C];2013年
7 刘晓刚;丁杰;王豹;刘先树;;糖蜜废水产氢-产甲烷耦合工艺启动特性研究[A];Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health(CEPPH 2012)[C];2012年
8 成艳芬;毛胜勇;MK Theodorou;朱伟云;;厌氧真菌活力及传代频率对真菌与产甲烷菌共培养液代谢与菌群的影响[A];第六次全国饲料营养学术研讨会论文集[C];2010年
9 郭燕锋;孔晓英;刘婉玉;李东;王德汉;袁振宏;孙永明;;有机负荷对厨余垃圾常温厌氧发酵产甲烷的影响[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 况叶;日本期待收获巨量天然气[N];地质勘查导报;2010年
2 李新明 李瑛;农业资源快速再生模式[N];山西科技报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王孝维;反硝化产甲烷复合反应器(UBF)处理焦化废水特征污染物工艺研究[D];太原理工大学;2016年
2 张小妹;以含氮杂环化合物为碳源短程反硝化厌氧产甲烷及复合工艺的特征分析与性能研究[D];太原理工大学;2015年
3 张琛;铵影响厌氧反应器污泥丙酸和丁酸互营氧化产甲烷过程的机理[D];中国农业大学;2013年
4 王立影;烷烃厌氧降解产甲烷体系菌群结构与功能的研究[D];华东理工大学;2011年
5 陈璟;基于代谢网络的产甲烷菌的耐热性研究[D];江南大学;2013年
6 许科伟;污泥厌氧消化过程中乙酸累积的微生态机理研究[D];江南大学;2010年
7 肖栋;水和乳化液对煤层产甲烷菌群活性影响研究[D];中国矿业大学;2010年
8 成艳芬;厌氧真菌与产甲烷菌共培养系统的建立及其代谢与菌群变化的研究[D];南京农业大学;2008年
9 李红丽;挥发酸积累对干式厌氧产甲烷发酵的影响及其动力学研究[D];郑州大学;2015年
10 裴彩霞;晋南牛和山羊瘤胃产甲烷菌多样性研究[D];南京农业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘光瑞;两相乙醇型厌氧的实现途径及其启动运行研究[D];华南理工大学;2015年
2 钱风越;Fe_3O_4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 林丽莉;牛粪秸秆混合产沼气的菌种鉴定及发酵条件的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 孙乔;大型丝状藻类影响河滨湿地甲烷产生与排放的作用机制研究[D];上海大学;2015年
5 李鹏飞;中草药残渣好氧厌氧耦合发酵产甲烷特性[D];东北农业大学;2015年
6 张猛;乙醛废水碱解—生物产甲烷工艺研究[D];兰州交通大学;2015年
7 张群;提高两相厌氧处理养猪废水产甲烷量的方法研究[D];东北电力大学;2016年
8 李莹;滨海河流沉积物中产甲烷分离物的获得及其电化学特征[D];中国科学院烟台海岸带研究所;2016年
9 李真真;产甲烷同时反硝化体系中功能微生物的定性和定量解析[D];安徽大学;2016年
10 李彦红;牲畜粪便暗发酵产氢-产甲烷过程中参数优化及其微生物群落特性[D];郑州大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026