碳还原光生物阴极微生物燃料电池中多能质传输及转化特性

基本信息
批准号:51606172
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:张军
学科分类:
依托单位:郑州轻工业大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张林森,郑季历,朱有健,张彩荣,王春煦,孙相印
关键词:
微生物燃料电池光生物阴极光生电子多组分传输二氧化碳还原
结项摘要

Photo-biocathode microbial fuel cell (Photo-biocathode MFC) is a novel technology that can be used to degrade wastewater and simultaneously convert carbon dioxide to biofuel by using both bio-energy and light energy without extra power consumption. However, at present, the enhancement mechanism of multi-species transport as well as co-transformation of light energy and bio-energy on photo-biocathode MFC performance is not clear. In this project, we focus on a MFC with a photo-biocathode capable of reducing carbon dioxide to formic acid, and experimental investigates the synergetic enhancement mechanism of carbon dioxide reduction on photogenerated electron and cathodic biofilm. In addition, the effects of multi-phase flow characteristics in cathode, carbon dioxide concentration, light condition and conversion efficiency of photogenerated electron on the characteristics of reducing carbon dioxide to formic acid for the photo-biocathode and MFC performance will be investigated. Moreover, mathematic model describing multi-species transport characteristics in steady-state biofilm of anode will be developed. And then a theoretical model of the cathode, which is a coupling of the bioelectrochemical reaction, diffusion and convection of carbon dioxide as well as proton and photogenerated electron transfer, will be also established. Finally, a global model of multi-species transport that can comprehensively describe photo-biocathode MFC is expected to be developed. The relations of interaction among the bioelectrochemical reaction, multi- species transfer of anode and cathode, as well as the conversion characteristics of photogenerated electron will be revealed. This study will provide theoretical foundation for the research of photo-biocathode MFC.

光生物阴极微生物燃料电池在无外加电能时能同时实现废水的降解和二氧化碳向生物燃料的转化,是一种利用生物质能和光能的新技术。但目前该电池内多组分物质传输及光能和生物质能的协同转化对其性能强化机理尚未明确。本项目针对具有还原二氧化碳产甲酸的光生物阴极的微生物燃料电池,实验研究光生电子与阴极生物膜对二氧化碳还原的协同增强机理;阴极内多相流动特性、二氧化碳浓度、光照条件及阴极光生电子转化效率等因素对光生物阴极还原二氧化碳产甲酸特性及电池性能的影响;分别构建阳极侧稳态生物膜内多组分物质传输模型和阴极侧含生物电化学反应、二氧化碳扩散和对流、质子传输及光生电子传递耦合的理论模型,最终建立能够完整描写光生物阴极微生物燃料电池内多组分传输全局模型。本项目拟揭示电池内部阴阳极生物电化学反应、多组分传输以及阴极光生电子转化之间的相互作用关系,为光生物阴极微生物燃料电池的研究提供理论依据。

项目摘要

光生物阴极微生物燃料电池是一种利用生物质能和光能的新技术,在无外加电能时能同时实现废水的降解和CO2向燃料的转化。针对利用光能和生物能将废弃物(废气或废水)中的化学能转化为可用燃料的瓶颈问题,本项目通过研究生物阳极处理废水中电子传输特性及强化原理与方法,光阳极处理废气的光能和底物传输特性和氧化自由基的形成机制,强化阴极气体底物传输与转化机理,以及耦合系统中阴阳极电势匹配与性能的相互影响关系,达到强化废气或废水转化为CO2和高效还原为CO2为化学燃料的目的。主要研究成果如下:①开发了具有高效电子传输的开放式生物阳极,高光能利用和强甲醛气体吸附的转盘式光阳极,以及多自由基共存的协同降解光阳极体系,提高了阳极废气和废水的降解能力。②提出了增强气体底物扩散传输和转化的薄液膜式阴极,建立了气体扩散过程与薄液膜更新周期之间的数学模型,研究了底物扩散传输和光电反应特性与阴极性能的关系。③研究了阴阳极耦合系统中,阳极与阴极电势匹配特性与系统整体性能的关系。④利用CO2作为中间转化体,将阳极降解废气或废水产生的CO2自供给薄液膜式阴极,构建了同步提升阳极光生空穴-光生电子分离效率和阴极CO2还原为燃料速率的自循环CO2燃料电池体系,实现了废弃物高效彻底的向化工燃料转化。本项目研究结果有助于认识光生物阴极微生物燃料电池存在的多组分物质的传输特性和光生电化反应转化机制,促进有机废水处理和二氧化碳还原等处理技术的应用和发展。项目执行期间,发表SCI论文12篇(一区5篇、二区5篇、三区2篇,第一标注3篇,第二标注8篇,第三标注1篇),申请发明和新型实用专利6项,参加国内外相关学术会议4次,培养研究生4名、本科生16名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

DOI:
发表时间:2018
5

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020

张军的其他基金

批准号:71333002
批准年份:2013
资助金额:225.00
项目类别:重点项目
批准号:11564038
批准年份:2015
资助金额:46.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21601098
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100198
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21076063
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:30972826
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:50276012
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:81072824
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:51908496
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874332
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50772090
批准年份:2007
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:11147607
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:11504417
批准年份:2015
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61671251
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61662002
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51379193
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11864039
批准年份:2018
资助金额:44.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50103011
批准年份:2001
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60373027
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81873363
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81271580
批准年份:2012
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:10872028
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:61671459
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50605003
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81274191
批准年份:2012
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:31271120
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:61071204
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:81260268
批准年份:2012
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31171598
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:10573025
批准年份:2005
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:51175005
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50879083
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81560347
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61372083
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51102190
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81273091
批准年份:2012
资助金额:95.00
项目类别:面上项目
批准号:21103056
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11247608
批准年份:2012
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31860091
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81771417
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:31171012
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:51876038
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:61873097
批准年份:2018
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:51475078
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:10243003
批准年份:2002
资助金额:7.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81373657
批准年份:2013
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:60873198
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:50675026
批准年份:2006
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:21301186
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71472003
批准年份:2014
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:59175177
批准年份:1991
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:50931004
批准年份:2009
资助金额:200.00
项目类别:重点项目
批准号:41101012
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61070004
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:31501211
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21471160
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21171056
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:81470829
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:81201071
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50102004
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81530086
批准年份:2015
资助金额:273.00
项目类别:重点项目
批准号:61332002
批准年份:2013
资助金额:310.00
项目类别:重点项目
批准号:60027001
批准年份:2000
资助金额:60.00
项目类别:专项基金项目
批准号:41771209
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:10247010
批准年份:2002
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:20961005
批准年份:2009
资助金额:26.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51608316
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600244
批准年份:2006
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21261011
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50176021
批准年份:2001
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:51472193
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:20601012
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81171020
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:50473058
批准年份:2004
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:81141026
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61101198
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30570690
批准年份:2005
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:70873022
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:41506156
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81702834
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30470785
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:61873066
批准年份:2018
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:81702629
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20803098
批准年份:2008
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61275121
批准年份:2012
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
批准号:10547010
批准年份:2005
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:60773005
批准年份:2007
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:39800041
批准年份:1998
资助金额:9.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60573066
批准年份:2005
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:50801023
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61170159
批准年份:2011
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:61403085
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51708157
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11602256
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771482
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51868011
批准年份:2018
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51779233
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11265015
批准年份:2012
资助金额:53.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61674073
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81773986
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:59573012
批准年份:1995
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31671742
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:39800029
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61401371
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51775031
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:60502041
批准年份:2005
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901717
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11674307
批准年份:2016
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:50876048
批准年份:2008
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:10972200
批准年份:2009
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:81271365
批准年份:2012
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:10377005
批准年份:2003
资助金额:20.00
项目类别:联合基金项目
批准号:60902093
批准年份:2009
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11347604
批准年份:2013
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:60532030
批准年份:2005
资助金额:270.00
项目类别:重点项目
批准号:71903093
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21671066
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61671243
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61403079
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21174151
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:11704104
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51773210
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:21661023
批准年份:2016
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71801145
批准年份:2018
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81500343
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31571451
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71273065
批准年份:2012
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:40706032
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871445
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:11904122
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50873111
批准年份:2008
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:11374090
批准年份:2013
资助金额:87.00
项目类别:面上项目
批准号:40706012
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40674081
批准年份:2006
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:70272017
批准年份:2002
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:59375199
批准年份:1993
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
批准号:81472015
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:21576073
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81760387
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:49971012
批准年份:1999
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:11533008
批准年份:2015
资助金额:320.00
项目类别:重点项目
批准号:51576043
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

具有可再生阴极的碱性微生物燃料电池内多场驱动的多组分物质传输特性研究

批准号:51176212
批准年份:2011
负责人:李俊
学科分类:E0607
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

自恢复碱性吸收剂式高效固碳光生物反应器内能质传输与生化转化特性及强化

批准号:51806026
批准年份:2018
负责人:常海星
学科分类:E0607
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

以具有抗积碳与氧还原活性的氮掺杂银/氮化铁/晶态碳为阴极的微生物燃料电池产电机制

批准号:51578218
批准年份:2015
负责人:邹金龙
学科分类:E10
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

电容性阳极光催化燃料电池的能质传输和转化及储电特性

批准号:51706030
批准年份:2017
负责人:李林
学科分类:E0603
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目