پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی

word
126
36 MB
31820
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۶,۳۸۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی

    پایان‌نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

      مهندسی شیمی

    چکیده:

    زیست فناوری پیل سوختی میکروبی دانشی نوین می‌باشد، که در آن میکروارگانیسم‌ها به عنوان کاتالیستی ارزان، انرژی شیمیایی موجود در ترکیبات آلی و غیر آلی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر عملکرد پیل از اولین گام‌های آزمایشگاهی در جهت توسعه این تکنولوژی در مقیاس کاربردی است. توان تولیدی به عنوان یکی از مشخصه‌های محسوس از عملکرد پیل سوختی میکروبی می‌باشد که تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله فاصله الکترودی، غلظت سوبسترای ورودی، رسانایی و شرایط اسیدیته محلول آنولیت، جنس و نوع الکترودهای به کار رفته، پارامترهای عملیاتی مانند: دما،pH و ... می‌باشد. در این پژوهش در راستای تصفیه همزمان پساب و تولید توان و جریان الکتریسیته با استفاده از پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای اهداف زیر دنبال شد. نخست آنکه، توری استیل ضد زنگ با پوشش گرافیت به عنوان آند، سطحی متخلخل برای رشد و اتصال مناسب زیست لایه فراهم آورد. دوم آنکه با به کار گرفتن آند در هندسه حلزونی، سطح الکترود آند افزایش یافت و زمان رسیدن سوبسترا به میکروارگانیسم‌ها کاهش یافت. پساب صنایع شکلات سازی که محتوای ترکیبات سخت تجزیه پذیر و پایداری از قبیل حلال‌ها، شوینده‌ها و روغن‌ها می‌باشد، به عنوان سوبسترا به کار رفت. در این پژوهش دو پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای حلقوی با حجم 90 سانتی‌متر مکعب، با پیکربندی کاملاً یکسان و تنها اختلاف در فاصله الکترودی بصورت ناپیوسته مورد آزمایش قرار گرفت. بیشینه ولتاژ در حالت مدار باز و چگالی توان برای سامانه اول با فاصله الکترودی 3/1 سانتی‌متر، به ترتیب 742 میلی ولت و 98/7 وات بر متر مکعب به دست آمد. در راستای بهینه سازی فاصله الکترودی، سل سوختی دوم ساخته شد و در سه فاصله الکترودی 1، 7/0 و 4/0 سانتی‌متر راه اندازی گردید و عملکرد آن در این سه فاصله مورد بررسی قرار گرفت و با نتایج حاصله از سل سوختی اول مقایسه شد. بیشینه ولتاژ در حالت مدار باز در فاصله بهینه الکترودی 7/0 سانتی‌متر، 856 میلی ولت به دست آمد. آزمایشات مربوط برای به دست آوردن بیشینه جریان و چگالی توان مجددآً تکرار شد. بیشینه چگالی توان در فاصله بهینه، 898/22 وات بر متر مکعب حاصل شد. عملکرد پیل سوختی میکروبی به عنوان مولد برق بر مبنای رفتار پلاریزاسیون و پتانسیل پیل نشان داده شده است. در مراحل بعدی آزمایشات، غلظت سوبسترای ورودی، میزان اکسیژن خواهی شیمیایی، کدورت و پارامترهای عملیاتی مانند دما، pH و تأثیر آن‌ها بر رفتار سامانه در فاصله بهینه الکترودی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. کاهش قابل ملاحظه کدورت و میزان اکسیژن‌خواهی شیمیایی، بعد از 96 ساعت به ترتیب 66/79% و 2/91% مشاهده شد. با کاهش اکسیژن خواهی شیمیایی پساب از 1400 به 700 میلی‌گرم بر لیتر، مدت زمان فاز کاهشی کاهش یافت و کاهش جریان خروجی از 77/3 به 76/2 میلی آمپر مشاهده گردید. همچنین با بررسی اثر pH بر عملکرد سامانه، بیشینه جریان برای pH بین 7 تا 8 حاصل شد. بررسی اثر دما نیز حاکی از عملکرد منفی سامانه در دمای بیش از 35 درجه سانتی‌گراد بود. در نهایت تصاویر پویش میکروسکوپ الکترونی از توری استیل ضد زنگ با پوشش گرافیت پیش و پس از تشکیل زیست لایه، چسبندگی مناسب باکتری‌ها بر سطح الکترود را نشان داد.

     

    پیشگفتار

    افزایش مصرف جهانی انرژی و مسأله گرم شدن کره زمین، بکارگیری انرژی‌های نو و تجدید‌پذیر را اجتناب ناپذیر ساخته است. پیل‌های سوختی میکروبی[1] به دلایلی مانند مواد اولیه ارزان و راندمان نسبتاً بالا از جذابیت‌های ویژه‌ای برخوردار هستند. در این فصل ابتدا در مورد چالش‌های انرژی و انرژی‌های تجدید پذیر مواردی بیان می‌شود و سپس فناوری پیل سوختی میکروبی به عنوان راهکاری برای مقابله با این چالش‌ها پیشنهاد می‌شود. در پایان نیز کاربردهای مهم پیل‌های سوختی میکروبی ارائه می‌گردد.

    1-1       افزایش جمعیت و نیاز به انرژی

    در حال حاضر، جمعیت کره زمین بیش از 6 میلیارد نفر است که تخمین زده می‌شود در سال 2050 میلادی این جمعیت به بیش از 4/9 میلیارد نفر برسد [1]. در سال‌های گذشته، سوخت‌های فسیلی موجب پیشرفت صنعت کشورهای پیشرفته و رشد اقتصادی آن‌ها گردید. پیش بینی می‌شود در سال‌های 2015 تا 2025، تقاضای تولید بیشتر، موجب خالی شدن بسیاری از مخازن و ذخیره‌های نفتی خواهد شد [2]. براساس پیش بینی‌های صورت گرفته و با درنظرگرفتن رشد جمعیت و رشد اقتصادی، نیاز به انرژی در سال 2050 را 41 تراوات[2] برآورد کرده‌اند. این پیش بینی بر اساس مصرف انرژی فعلی است. با ملاحظه این روند، طبق یک پیش بینی منطقی، انرژی مورد انتظار برای سال 2050، 27 تراوات و برای سال 2100، 43 تراوات می‌باشد [1].

    1-2      سوخت‌ های فسیلی و چالش‌های کنونی

    کاربرد سوخت‌های فسیلی به خصوص نفت و گاز در سال‌های اخیر شتاب زیادی به خود گرفته است. سوخت‌های فسیلی باعث رشد صنعتی و اقتصادی کشورها گردیده است، اما واضح است که نمی‌تواند به طور نامحدودی اقتصاد جهانی را حمایت نماید. مصرف چنین سوخت‌هایی از آنجایی که منجر به احتراق مستقیم آن‌ها می‌شود، مشکلات متعددی را برای بشریت به همراه آورده است، لازم به ذکر است بیش از 20% انرژی مورد نیاز به صورت الکتریسیته در نیروگاه‌ها تولید می‌شود. با توجه به اینکه بازده نیروگاه‌ها حدود 33% می‌باشد، بنابراین انرژی به کار رفته برای تولید چنین جریان الکتریسیته‌ای سه برابر میزان تولیدی است. مهم‌ترین مشکلی که آینده انسان‌ها را با خطر مواجه خواهد کرد، مشکل گرم شدن کره زمین می‌باشد که ناشی از پیدا شدن گازهای گلخانه‌ای است و این گازها خود از احتراق مستقیم سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شوند. بعلاوه احتراق سوخت‌های فسیلی منجر به آلودگی‌های زیست محیطی نظیر آلودگی هوا، بارش باران‌های اسیدی و تاثیرات منفی آن بر کشتزارها، جنگل‌ها، مراتع و آب‌های سطحی و ابنیه تاریخی و غیره می‌شود. مشکل دیگر که به واسطه استفاده روز افزون این سوخت‌ها جامعه جهانی را تهدید می‌کند بحران انرژی است که تبعات ناشی از این بحران بسیار ناگوارتر خواهد بود و دیگر مسائل زیست محیطی مطرح نیست بلکه مشکلات سیاسی، اجتماعی و اقتصادی را منجر خواهد شد. هنگامی‌که امریکا با اولین بحران نفت خود در دهه هفتاد قرن بیستم مواجه شد، به دنبال یافتن راه حل‌هایی برای غلبه بر این مشکل بر آمد. از جمله این راه حل‌ها کشف ذخایر جدید نفت، افزایش بازده استخراج نفت از منابع موجود یا به کار بردن سایر سوخت‌های فسیلی مانند ماسه‌های قیری[3] می‌باشد.

    راه حل دیگر استفاده از انرژی هسته‌ ای است، اما آن هم محدودیت‌های خاص خود را دارا می‌باشد. محدود بودن ذخایر اورانیوم جهانی، مشکلات مربوط به مسائل زیست محیطی و سلامت انسان ناشی از استخراج اورانیوم از معادن و فقدان ایمنی کافی و یافتن راه حل طولانی مدت برای ذخیره پسماندهای هسته‌ای از جمله این محدودیت‌ها است.

    انرژی خورشیدی یک راه حل طولانی مدت است، اما همه آن بستگی به نحوه استفاده از این انرژی دارد. خورشید همه روزه نمی‌تابد و همه تابش آن در همه جا یکسان نمی‌باشد. بنابراین پانل‌های خورشیدی می‌توانند به نیازمندی‌های الکتریسیته در روز کمک کنند. اما به عنوان بک منبع تأمین انرژی در طول شبانه روز بدون روش‌های کارامد ذخیره سازی انرژی، نمی‌توانند مفید باشند.

    در مجموع همه این عوامل باعث شده تا دانشمندان به دنبال جایگزین‌های مناسبی برای تأمین انرژی باشند، لذا انرژی‌های تجدید پذیر به عنوان یکی از روش‌های کاهش این بحران مورد توجه قرار گرفته‌اند. تلاش‌های زیادی برای ایجاد روش‌های دیگر تولید انرژی الکتریکی انجام گرفته است. روش‌های جدید تولید انرژی الکتریکی از منابع تجدید پذیر بدون انتشار خالص دی اکسید کربن بسیار مورد توجه می‌باشند [3].

    1-3     انرژی‌ های تجدید پذیر

    انرژی‌های تجدید پذیر اساساً با طبیعت سازگار بوده، آلودگی ندارند و چون تجدیدپذیرند پایانی برای آن ها وجود ندارد. از ویژگی‌های دیگر این منابع می‌توان به پراکندگی و گستردگی آن‌ها در تمام جهان، فناوری آسان و قیمت پایین اشاره کرد. انرژی‌های تجدید پذیر به شرح زیر دسته بندی می‌شوند [4].

    انرژی خورشیدی

    انرژی باد

    انرژی گرمایی (ژئوترمال)

    انرژی زیست توده

    انرژی‌های دریایی

    هیدروژن

    1-4     تولید الکتریسیته بیولوژیکی با استفاده از فناوری‌های پیل سوختی میکروبی

    پیل سوختی میکروبی فناوری نوینی است که جدیدترین روش‌های دستیابی به الکتریسیته و تولید بیو الکتریسیته را از زیست توده[4] با بکار بردن باکتری‌ها بیان می‌کند، به عبارتی دیگر پیل سوختی میکروبی نوعی فناوری است برای تبدیل انرژی ذخیره شده در پیوندهای شیمیایی موجود در ترکیبات آلی به انرژی الکتریکی از طریق واکنش‌های کاتالیزشده توسط میکروارگانیسم ها که در سال‌های اخیر در تحقیقات آکادمیک بسیار مورد توجه قرار گرفته است [5]. همان طور که می‌دانید مواد آلی سرشار از انرژی است و در یک پیل سوختی میکروبی، میکروارگانیسم‌ها[5] مواد آلی را تجزیه (اکسید) می‌کنند و در جریان این عمل الکترون آزاد می‌شود. الکترون آزاد شده از خلال مجموعه‌ای از آنزیم‌های تنفسی داخل سلول مهاجرت کرده و برای سلول انرژی در فرم ATP[6] (ترکیبی است حاوی سه مولکول اسید فسفریک و یک پیوند کم نیرو و دو پیوند پر نیرو) ایجاد می‌کند، سپس این الکترون‌های آزاد در ترمینال جذب الکترون[7] که با جذب الکترون‌ها کاهش می‌یابد، جمع آوری می‌شوند [6, 7]. بسیاری از ترمینال‌های جذب الکترون مانند اکسیژن، نیترات، سولفات و سایرین می‌توانند به داخل سلول نفوذ کرده و الکترون را جذب نموده و با تولید محصولاتی مجدداً از سلول خارج شوند. بطور مثال اکسیژن می‌تواند در حضور پروتون و الکترون طی یک واکنش کاتالیستی به آب کاهیده شود.

    از فناوری پیل‌های سوختی میکروبی می‌توان برای حذف مواد آلاینده آلی از پساب‌های شهری و صنعتی و نفتی و همچنین پسماندهای صنایع غذایی که حاوی مقادیر زیادی هیدروکربن هستند، استفاده کرد. همچنین از این فناوری می‌توان برای آن‌هایی که در مناطق دورافتاده زندگی می‌کنند و به علت دوری از شبکه سراسری برق، از این نعمت بزرگ بی بهره هستند، استفاده کرد و می‌توان با مواد آلی و پسماندهای موجود در آن ناحیه، انرژی الکتریسیته تولید کرد.

    1-5     تاریخچه پیل‌های سوختی میکروبی

    نظریه استفاده از پیل‌های میکروبی با تلاش برای تولید برق ارائه شد. ام سی پُتر[8] - یک پروفسور گیاه شناسی در دانشگاه دورهام- اولین شخصی بود که این نظریه را در سال 1912 ارائه داد [8]. پُتر تولید الکتریسیته را از میکروب E.coli مدیریت کرد، با این وجود نتوانست به نتایج مطلوبی دست یابد [9]. در سال 1931، کوهن[9] به این حیطه توجه بیشتری معطوف داشت، وی تعدادی پیل سوختی نیمه میکروبی تولید کرد که به صورت سری به یکدیگر اتصال داده شده بودند.

    Abstract

     

    Microbial fuel cell technology is a relatively modern technology in which the chemical energy associated with organic and inorganic compounds is converted to electrical energy by use of microorganisms as inexpensive biocatalysts. Optimization of effective parameters on the performance of MFCs is a fundamental step in the development of this technology for large-scale applications. One of the main characteristics which describes the performance of MFCs is the power output of the cell which is affected by several factors such as electrode spacing, substrate concentration, conductivity and acidity of the anolyte, type of electrodes and operational parameters such as temperature, pH and etc. In this work two objectives were satisfied along with the simultaneous wastewater treatment and electricity generation using the fabricated single chamber MFC. First, the graphite coated stainless steel mesh as the anode electrode provided a porous surface which enhanced the proper formation of biofilm. Second, by application of spiral geometry to the anode, the anode electrode surface area was increased and the time required to convey the substrate to microorganisms was decreased. The chocolate industry wastewater containing hard biodegradable and complicated components such as solvents, detergents and oils was utilized as the substrate. In this study, two sets of annular single chamber microbial fuel cells (ASCMFC) with identical volumes (90cm3) and configurations but different electrode spacing were investigated within the framework of batch experiments. Maximum open circuit voltage and power density for the first apparatus with electrode spacing of 1.3 cm were measured to be 742 mv and 7.98 W/m3, respectively. Following the optimization of electrode spacing, the second cell was fabricated and its performance was investigated in three different electrode spacing values (1, 0.7 and 0.4 cm). The obtained results corresponding to the second cell were compared with the results recorded from the first cell. Maximum open circuit voltage of 856 mv was obtained at the optimum electrode spacing of 0.7 cm. Experimental tests corresponding to maximum power density and current were repeated and maximum power density of 22.898 W/m3 was generated at the optimum electrode spacing of 0.7cm. The performance of MFC as the electricity generator was characterized with respect to the polarization behavior and cell potential. In the next sets of experiments, the substrate concentration, chemical oxygen demand rate, turbidity and operational parameters such as temperature and pH were analyzed and their effect on the performance of MFC was examined at the optimum electrode spacing. Significant reductions of 79.66% and 91.2% were detected in turbidity and COD rate, respectively, after 96 hours of MFC's activity. As the COD concentration of the wastewater was decreased from 1400 mg/L to 700 mg/L, the time of the declining phase was decreased and a reduction from 3.77 mA to 2.76 mA was observed in output current. As for the effect of pH on the performance of MFC, it was found that the maximum electrical current was obtainable at the pH between 7 and 8. Investigations about the effect of temperature revealed the negative behavior of the fuel cell at temperatures higher than 35 `C. Finally, the SEM images of the graphite coated stainless steel mesh before and after biofilm formation indicated the proper adhesion of bacteria at the surface of electrode.

    Keywords: Single Chamber Microbial Fuel Cell, Effective Parameters, Annular Configuration, Spiral Anode Geometry, Chocolate Industry Wastewater

  • فهرست و منابع پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی

    فهرست:

    فصل اول: مقدمه

       پیشگفتار. خ‌

    1- 1  افزایش جمعیت و نیاز به انرژی.. 1

    1- 2  سوخت های فسیلی و چالش های کنونی.. 2

    1-3   انرژی های تجدید پذیر. 3

    1- 4  تولید الکتریسیته بیولوژیکی با استفاده از فناوری های پیل سوختی میکروبی.. 3

    1-5   تاریخچه پیل های سوختی میکروبی.. 4

    1-6   کاربرد های پیل سوختی.. 7

    1-6-1   تولید انرژی تجدید پذیر با استفاده از پیل سوختی میکروبی.. 7

    1-6-2   استفاده از پیل سوختی میکروبی جهت تصفیه فاضلاب.. 8

    1-6-3   فرایند پیل سوختی میکروبی برای تولید هیدروژن.. 9

    1-6-4   بیوسنسور. 9

    1-7   انتقال الکترون به الکترود ها 9

    1-7-1   مکانیزم انتقال الکترون.. 9

    1-8   انواع پیل های سوختی میکروبی.. 12

    1-9   پیل های سوختی میکروبی.. 13

    1-9-1   مواد تشکیل دهنده الکترود آند. 14

    1-9-1-1   کربن ورقه ای، پارچه ای، فوم ها 15

    1-9-1-2   میله ها، نمد ها، فوم ها، صفحات و تخته های گرافیتی.. 15

    1-9-1-3   دانه های گرافیتی.. 17

    1-9-1-4 رشته ها و برس های گرافیتی 17

    1-9-2   مواد تشکیل دهنده الکترود کاتد. 18

    1-9-2-1   کاتد های کربنی با کاتالیست های پلاتینی.. 19

    1-9-2-2   بایندر. 19

    1-9-2-3   لایه های نفوذ. 20

    1-9-2-4   پلاتین و فلزاتی با پوشش های پلاتینی.. 20

    1-9-3   غشاء ها و جدا کننده ها 20

    1-10   محاسبه ولتاژ. 21

    1-11   بیشینه ولتاژ براساس روابط ترمودینامیکی.. 22

    1-11   محاسبه توان.. 23

    1-12-1   نرمالیزه کردن توان خروجی پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای‌.. 23

    1-12-1-1   توان خروجی نرمالایز شده به مساحت سطح آند. 24

    1-12-1-1   توان خروجی نرمالایز شده به مساحت سطح کاتد. 24

    1-12-1-2   توان خروجی نرمالایز شده با حجم خالی بستر پیل.. 24

    1-13   منحنی های پلاریزاسیون و چگالی توان.. 25

    1-14   عوامل تاثیر گذار بر روی ولتاژ پیل سوختی میکروبی.. 27

    1-15   نکاتی مهم و کوتاه در مورد باکتریها و شرایط متابولیسم آنها 29

       فصل دوم : مروری بر پژوهش های پیشین

       پیشگفتار. 32

    2-1   پیکربندی.. 33

    2-2   سیستم های پیل سوختی تک محفظه‌ای‌.. 33

    2-3   مروری بر الکترود های به کار گرفته شده در پیل سوختی میکروبی.. 36

    2-4   مروری بر پژوهش های صورت گرفته در زمینه پساب های استفاده شده. 39

    2-4-1   استات.. 40

    2-4-2   گلوکز. 40

    2-4-3   توده زیستی لیگنوسلولزی.. 41

    2-4-4   پساب کارخانجات آبجو سازی.. 41

    2-4-5   پساب خروجی از کارخانجات تولید نشاسته. 42

    2-4-6   شیرابه زباله. 42

    2-4-7  پساب ساختگی.. 43

            فصل سوم : سامانه مورد آزمایش، مواد، روش‌ها و نحوه محاسبات

             پیشگفتار. 45

    3-1   طراحی، ساخت و راه اندازی پیل سوختی بیولوژیکی.. 46

    3-1-1   بدنه پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای‌.. 46

    3-1-2   الکترود کاتد. 49

    3-1-3   الکترود آند. 53

    3-2   دستگاه های مورد استفاده. 55

    3-2-1   سیستم ثبت ولتاژ در طول زمان.. 55

    3-2-2   دستگاه اسپکتروفتومتر. 55

    3-2-3   دستگاه اندازه گیری pH.. 56

    3-2-4   دستگاه آون.. 56

    3-2-5   دستگاه سانتریفیوژ. 56

    3-2-6   دستگاه انکوباتور. 57

    3-2-7   ترازو. 57

    3-2-8   میکروسکوپ الکترونی پویشی.. 57

    3-2-9   دستگاه اولتراسونیک... 59

    3-2-10   دستگاه کدورت سنج.. 59

    3-3   آزمایشات انجام شده. 59

    3-3-1   آزمایش COD.. 60

    3-3-1-1   محلول اسید سولفوریک... 60

    3-3-1-2   محلول هاضم.. 60

    3-3-1-3   منحنی استاندارد برای سنجش COD.. 61

    3-3-2   اندازه گیری غلظت گلوکز. 61

    3-3-3   اندازه گیری کل مواد جامد (TS) 63

    3-3-4   اندازه گیری کل جامدات معلق (TSS) 63

    3-3-5   اندازه گیری کدورت.. 64

    3-3-6   اندازه گیری دما 64

    3-3-7   اندازه گیری pH.. 64

    3-3-8   غنی سازی میکروبی پیل سوختی و سازگاری میکرو ارگانیسیم ها با پساب.. 65

    3-4   نحوه انجام محاسبات.. 69

    3-4-1   اندازه گیری جریان و توان.. 69

    3-4-2   نمودار پلاریزاسیون، چگالی توان و اندازه گیری مقاومت درونی.. 69

    3-4-3   محاسبه بازدهی عملیاتی پیل سوختی میکروبی.. 70

    فصل چهارم: بحث و نتایج

    4       پیشگفتار. 72

    4-1   اندازه گیری ولتاژ مدار باز. 73

    4-2   تاثیر مقاومت خارجی بر عملکرد پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای‌.. 77

    4-2-1   اعمال مقاومت های خارجی پایین‌تر ‌و مقایسه عملکرد سیستم.. 80

    4-2-2   اعمال مقاومت خارجی 100 و 50 اهم.. 84

    4-2-3   نمودار پلاریزاسیون و چگالی توان.. 88

    4-2-4   بررسی کاهش کدورت پساب.. 91

    4-2-5   بررسی کاهش اکسیژن خواهی شیمیایی.. 92

    4-3   بررسی اثر دما بر فعالیت پیل سوختی میکروبی، جریان و چگالی توان.. 93

    4-4   بررسی اثر pH بر عملکرد پیل سوختی میکروبی.. 95

    4-5   بررسی تأثیر غلظت پساب بر عملکرد سامانه. 96

    4-6   منحنی مصرف قند. 99

    4-7   محاسبه بازدهی عملیاتی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای.. 99

    4-7-1   بازدهی پتانسیل (PE) 99

    4-7-2   بازده کلومبیک (CE) 100

    4-7-3   بازدهی تبدیل انرژی (ECE) 102

    4-8   مقایسه عملکرد پیل سوختی میکروبی.. 102

    4-9   ریخت شناسی زیست لایه تشکیل شده بر سطح الکترود آند. 102

    فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

    5-1   نتیجه گیری.. 104

    5-2   پیشنهادات.. 107

     

    منبع:

     

    [1] N.S. Lewis,D.G. Nocera, (2006), "Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization", Proceedings of the National Academy of Sciences, 103  15729-15735.

    [2] J. Rifkin, (2003), "The Hydrogen Economy", Penguin Group US.

    [3] D.R. Lovley, (2006), "Microbial fuel cells: novel microbial physiologies and engineering approaches", Current opinion in biotechnology, 17  327-332.

    [4] C.M. Drapcho, N.P. Nhuan,T.H. Walker, Biofuels engineering process technology, McGraw-Hill New York, NY, USA:2008.

    [5] L. Zhuang, C. Feng, S. Zhou, Y. Li,Y. Wang, (2010), "Comparison of membrane-and cloth-cathode assembly for scalable microbial fuel cells: construction, performance and cost", Process Biochemistry, 45  929-934.

    [6] U. Desideri,A. Paolucci, (1999), "Performance modelling of a carbon dioxide removal system for power plants", Energy Conversion and Management, 40  1899-1915.

    [7] B.E. Logan,J.M. Regan, (2006), "Microbial fuel cells-challenges and applications", Environmental science & technology, 40  5172-5180.

    [8] I.A. Ieropoulos, J. Greenman, C. Melhuish,J. Hart, (2005), "Comparative study of three types of microbial fuel cell", Enzyme and microbial technology, 37  238-245.

    [9] M.C. Potter, (1911), "Electrical effects accompanying the decomposition of organic compounds", Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character,  260-276.

    [10] A. Shukla, P. Suresh, S. Berchmans,A. Rajendran, (2004), "Biological fuel cells and their applications", Current Science, 87  455-468.

    [11] D. Pant, G. Van Bogaert, L. Diels,K. Vanbroekhoven, (2010), "A review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for sustainable energy production", Bioresource technology, 101  1533-1543.

    [12] M. Rahimnejad, G. Bakeri, G. Najafpour, M. Ghasemi,S.-E. Oh, (2014), "A review on the effect of proton exchange membranes in microbial fuel cells", Biofuel Research Journal, 1  7-15.

    [13] J. Atchison,J. Hettenhaus, (2003), "Innovative Methods for Corn Stover Collecting", Handling, Storing and Transporting, prepared for the National Renewable Energy Laboratory.

    [14] B.E. Logan,J.M. Regan, (2006), "Electricity-producing bacterial communities in microbial fuel cells", TRENDS in Microbiology, 14  512-518.

    [15] J. Niessen, U. Schröder, F. Harnisch,F. Scholz, (2005), "Gaining electricity from in situ oxidation of hydrogen produced by fermentative cellulose degradation", Letters in applied microbiology, 41  286-290.

    [16] Y. Zuo, P.-C. Maness,B.E. Logan, (2006), "Electricity production from steam-exploded corn stover biomass", Energy & Fuels, 20  1716-1721.

    [17] H. Kim, M. Hyun, I. Chang,B.H. Kim, (1999), "A microbial fuel cell type lactate biosensor using a metal-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens", J. Microbiol. Biotechnol, 9  365-367.

    [18] I.S. Chang, B.H. Kim, H.J. Kim, D.H. Park,P.K. Shin, Mediator-less biofuel cell, Google Patents, 1999.

    [19] H. Liu, R. Ramnarayanan,B.E. Logan, (2004), "Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell", Environmental science & technology, 38  2281-2285.

    [20] C.E. Reimers, L.M. Tender, S. Fertig,W. Wang, (2001), "Harvesting energy from the marine sediment-water interface", Environmental science & technology, 35  192-195.

    [21] K. Rabaey, G. Lissens, S.D. Siciliano,W. Verstraete, (2003), "A microbial fuel cell capable of converting glucose to electricity at high rate and efficiency", Biotechnology letters, 25  1531-1535.

    [22] J. Ditzig, H. Liu,B.E. Logan, (2007), "Production of hydrogen from domestic wastewater using a bioelectrochemically assisted microbial reactor (BEAMR)", International Journal of Hydrogen Energy, 32  2296-2304.

    [23] H. Liu, S. Cheng,B.E. Logan, (2005), "Power generation in fed-batch microbial fuel cells as a function of ionic strength, temperature, and reactor configuration", Environmental science & technology, 39  5488-5493.

    [24] I.S. Chang, J.K. Jang, G.C. Gil, M. Kim, H.J. Kim, B.W. Cho,B.H. Kim, (2004), "Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor", Biosensors and Bioelectronics, 19  607-613.

    [25] D.R. Bond,D.R. Lovley, (2003), "Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes", Applied and environmental microbiology, 69  1548-1555.

    [26] D. Park, M. Laivenieks, M. Guettler, M. Jain,J. Zeikus, (1999), "Microbial utilization of electrically reduced neutral red as the sole electron donor for growth and metabolite production", Applied and environmental microbiology, 65  2912-2917.

    [27] D.R. Bond, D.E. Holmes, L.M. Tender,D.R. Lovley, (2002), "Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments", Science, 295  483-485.

    [28] B.E. Logan, (2004), "Peer reviewed: extracting hydrogen and electricity from renewable resources", Environmental science & technology, 38  160A-167A.

    [29] K. Rabaey,W. Verstraete, (2005), "Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation", TRENDS in Biotechnology, 23  291-298.

    [30] K. Rabaey, N. Boon, M. Höfte,W. Verstraete, (2005), "Microbial phenazine production enhances electron transfer in biofuel cells", Environmental science & technology, 39  3401-3408.

    [31] K. Rabaey, N. Boon, S.D. Siciliano, M. Verhaege,W. Verstraete, (2004), "Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer", Applied and Environmental Microbiology, 70  5373-5382.

    [32] B. Virdis, S. Freguia, R. Rozendal, K. Rabaey, Z. Yuan,J. Keller, (2011), "Microbial fuel cells".

    [33] P. NABIR, (2005), "Composition, reactivity, and regulation of extracellular metal-reducing structures (nanowires) produced by dissimilatory metal reducing bacteria".

    [34] G. Reguera, K.D. McCarthy, T. Mehta, J.S. Nicoll, M.T. Tuominen,D.R. Lovley, (2005), "Extracellular electron transfer via microbial nanowires", Nature, 435  1098-1101.

    [35] R. Arechederra,S.D. Minteer, (2008), "Organelle-based biofuel cells: Immobilized mitochondria on carbon paper electrodes", Electrochimica Acta, 53  6698-6703.

    [36] K. Rabaey, Bioelectrochemical systems: from extracellular electron transfer to biotechnological application, IWA publishing2010.

    [37] M. Zhou, M. Chi, J. Luo, H. He,T. Jin, (2011), "An overview of electrode materials in microbial fuel cells", Journal of Power Sources, 196  4427-4435.

    [38] S.-E. Oh,B.E. Logan, (2006), "Proton exchange membrane and electrode surface areas as factors that affect power generation in microbial fuel cells", Applied microbiology and biotechnology, 70  162-169.

    [39] S.K. Chaudhuri,D.R. Lovley, (2003), "Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells", Nature biotechnology, 21  1229-1232.

    [40] H. Liu,B.E. Logan, (2004), "Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane", Environmental science & technology, 38  4040-4046.

    [41] C. Reimers, P. Girguis, H. Stecher, L. Tender, N. Ryckelynck,P. Whaling, (2006), "Microbial fuel cell energy from an ocean cold seep", Geobiology, 4  123-136.

    [42] B.E. Logan, Microbial fuel cells, John Wiley & Sons2008.

    [43] P. Aelterman, K. Rabaey, H.T. Pham, N. Boon,W. Verstraete, (2006), "Continuous electricity generation at high voltages and currents using stacked microbial fuel cells", Environmental science & technology, 40  3388-3394.

    [44] J. Heilmann,B.E. Logan, (2006), "Production of electricity from proteins using a microbial fuel cell", Water Environment Research, 78  531-537.

    [45] K. Rabaey, K. Van de Sompel, L. Maignien, N. Boon, P. Aelterman, P. Clauwaert, L. De Schamphelaire, H.T. Pham, J. Vermeulen,M. Verhaege, (2006), "Microbial fuel cells for sulfide removal", Environmental science & technology, 40  5218-5224.

    [46] K. Rabaey, P. Clauwaert, P. Aelterman,W. Verstraete, (2005), "Tubular microbial fuel cells for efficient electricity generation", Environmental science & technology, 39  8077-8082.

    [47] B. Logan, S. Cheng, V. Watson,G. Estadt, (2007), "Graphite fiber brush anodes for increased power production in air-cathode microbial fuel cells", Environmental science & technology, 41  3341-3346.

    [48] S. Cheng, H. Liu,B.E. Logan, (2006), "Power densities using different cathode catalysts (Pt and CoTMPP) and polymer binders (Nafion and PTFE) in single chamber microbial fuel cells", Environmental science & technology, 40  364-369.

    [49] R.A. Rozendal, H.V. Hamelers,C.J. Buisman, (2006), "Effects of membrane cation transport on pH and microbial fuel cell performance", Environmental science & technology, 40  5206-5211.

    [50] Z. He, S.D. Minteer,L.T. Angenent, (2005), "Electricity generation from artificial wastewater using an upflow microbial fuel cell", Environmental science & technology, 39  5262-5267.

    [51] K. Rabaey, W. Ossieur, M. Verhaege,W. Verstraete, (2005), "Continuous microbial fuel cells convert carbohydrates to electricity", Water Science & Technology, 52  515-523.

    [52] H. Liu, S. Cheng,B.E. Logan, (2005), "Production of electricity from acetate or butyrate using a single-chamber microbial fuel cell", Environmental science & technology, 39  658-662.

    [53] S. Cheng, H. Liu,B.E. Logan, (2006), "Increased Power Generation in a Continuous Flow MFC with Advective Flow through the Porous Anode and Reduced Electrode Spacing", Environmental Science & Technology, 40  2426-2432.

    [54] B.R. Ringeisen, E. Henderson, P.K. Wu, J. Pietron, R. Ray, B. Little, J.C. Biffinger,J.M. Jones-Meehan, (2006), "High power density from a miniature microbial fuel cell using Shewanella oneidensis DSP10", Environmental Science & Technology, 40  2629-2634.

    [55] J.R. Kim, S. Cheng, S.-E. Oh,B.E. Logan, (2007), "Power Generation Using Different Cation, Anion, and Ultrafiltration Membranes in Microbial Fuel Cells", Environmental Science & Technology, 41  1004-1009.

    [56] R.E. McKinney, Environmental pollution control microbiology: a fifty-year perspective, CRC Press2004.

    [57] Z. Du, H. Li,T. Gu, (2007), "A state of the art review on microbial fuel cells: a promising technology for wastewater treatment and bioenergy", Biotechnology advances, 25  464-482.

    [58] D.H. Park,J.G. Zeikus, (2003), "Improved fuel cell and electrode designs for producing electricity from microbial degradation", Biotechnology and bioengineering, 81  348-355.

    [59] H. Liu, S. Cheng, L. Huang,B.E. Logan, (2008), "Scale-up of membrane-free single-chamber microbial fuel cells", Journal of Power Sources, 179  274-279.

    [60] Y. Ahn,B.E. Logan, (2010), "Effectiveness of domestic wastewater treatment using microbial fuel cells at ambient and mesophilic temperatures", Bioresource technology, 101  469-475.

    [61] S.i. Ishii, K. Watanabe, S. Yabuki, B.E. Logan,Y. Sekiguchi, (2008), "Comparison of electrode reduction activities of Geobacter sulfurreducens and an enriched consortium in an air-cathode microbial fuel cell", Applied and environmental microbiology, 74  7348-7355.

    [62] J.R. Kim, S.H. Jung, J.M. Regan,B.E. Logan, (2007), "Electricity generation and microbial community analysis of alcohol powered microbial fuel cells", Bioresource technology, 98  2568-2577.

    [63] H.J. Kim, H.S. Park, M.S. Hyun, I.S. Chang, M. Kim,B.H. Kim, (2002), "A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium,< i> Shewanella putrefaciens", Enzyme and Microbial Technology, 30  145-152.

    [64] S.-J. You, X.-H. Wang, J.-N. Zhang, J.-Y. Wang, N.-Q. Ren,X.-B. Gong, (2011), "Fabrication of stainless steel mesh gas diffusion electrode for power generation in microbial fuel cell", Biosensors and Bioelectronics, 26  2142-2146.

    [65] J. Wei, P. Liang,X. Huang, (2011), "Recent progress in electrodes for microbial fuel cells", Bioresource technology, 102  9335-9344.

    [66] X. Zhang, S. Cheng, X. Wang, X. Huang,B.E. Logan, (2009), "Separator characteristics for increasing performance of microbial fuel cells", Environmental science & technology, 43  8456-8461.

    [67] X. Wang, S. Cheng, Y. Feng, M.D. Merrill, T. Saito,B.E. Logan, (2009), "Use of carbon mesh anodes and the effect of different pretreatment methods on power production in microbial fuel cells", Environmental science & technology, 43  6870-6874.

    [68] F. Zhao, N. Rahunen, J.R. Varcoe, A. Chandra, C. Avignone-Rossa, A.E. Thumser,R.C. Slade, (2008), "Activated carbon cloth as anode for sulfate removal in a microbial fuel cell", Environmental science & technology, 42  4971-4976.

    [69] D. Jiang,B. Li, (2009), "Novel electrode materials to enhance the bacterial adhesion and increase the power generation in microbial fuel cells (MFCs)".

    [70] S. Cheng, H. Liu,B.E. Logan, (2006), "Increased performance of single-chamber microbial fuel cells using an improved cathode structure", Electrochemistry Communications, 8  489-494.

    [71] F. Zhang, T. Saito, S. Cheng, M.A. Hickner,B.E. Logan, (2010), "Microbial fuel cell cathodes with poly (dimethylsiloxane) diffusion layers constructed around stainless steel mesh current collectors", Environmental science & technology, 44  1490-1495.

    [72] B. Cercado-Quezada, M.-L. Delia,A. Bergel, (2010), "Testing various food-industry wastes for electricity production in microbial fuel cell", Bioresource technology, 101  2748-2754.

    [73] T. Catal, S. Xu, K. Li, H. Bermek,H. Liu, (2008), "Electricity generation from polyalcohols in single-chamber microbial fuel cells", Biosensors and Bioelectronics, 24  849-854.

    [74] T. Catal, K. Li, H. Bermek,H. Liu, (2008), "Electricity production from twelve monosaccharides using microbial fuel cells", Journal of Power Sources, 175  196-200.

    [75] Y. Feng, X. Wang, B.E. Logan,H. Lee, (2008), "Brewery wastewater treatment using air-cathode microbial fuel cells", Applied microbiology and biotechnology, 78  873-880.

    [76] Q. Wen, Y. Wu, D. Cao, L. Zhao,Q. Sun, (2009), "Electricity generation and modeling of microbial fuel cell from continuous beer brewery wastewater", Bioresource technology, 100  4171-4175.

    [77] L. Huang,B.E. Logan, (2008), "Electricity generation and treatment of paper recycling wastewater using a microbial fuel cell", Applied microbiology and biotechnology, 80  349-355.

    [78] Z. Liu, J. Liu, S. Zhang,Z. Su, (2009), "Study of operational performance and electrical response on mediator-less microbial fuel cells fed with carbon-and protein-rich substrates", Biochemical Engineering Journal, 45  185-191.

    [79] B. Min, J. Kim, S. Oh, J.M. Regan,B.E. Logan, (2005), "Electricity generation from swine wastewater using microbial fuel cells", Water research, 39  4961-4968.

    [80] J. Hou, Z. Liu, S. Yang,Y. Zhou, (2014), "Three-dimensional macroporous anodes based on stainless steel fiber felt for high-performance microbial fuel cells", Journal of Power Sources, 258  204-209.

    [81] L. Clesceri, A. Greenberg,A. Eaton,  "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater; American Public Health Association: Washington, DC, 1998", There is no corresponding record for this reference.

    [82] J.M. Morris,S. Jin, (2008), "Feasibility of using microbial fuel cell technology for bioremediation of hydrocarbons in groundwater", Journal of environmental science and health. Part A, Toxic/hazardous substances & environmental engineering, 43  18-23.

    [83] H.-S. Lee, P. Parameswaran, A. Kato-Marcus, C.I. Torres,B.E. Rittmann, (2008), "Evaluation of energy-conversion efficiencies in microbial fuel cells (MFCs) utilizing fermentable and non-fermentable substrates", Water research, 42  1501-1510.

    [84] S.M. Bhairi,C. Mohan, Detergents, Calbiochem-Novabiochem1997.

    [85] J.B. Benziger, M.B. Satterfield, W.H. Hogarth, J.P. Nehlsen,I.G. Kevrekidis, (2006), "The power performance curve for engineering analysis of fuel cells", Journal of power sources, 155  272-285.

    [86] K.P. Katuri,K. Scott, (2011), "On the dynamic response of the anode in microbial fuel cells", Enzyme and microbial technology, 48  351-358.

    [87] L. Zhang, X. Zhu, J. Li, Q. Liao,D. Ye, (2011), "Biofilm formation and electricity generation of a microbial fuel cell started up under different external resistances", Journal of Power Sources, 196  6029-6035.

    [88] N. Lu, S.-g. Zhou, L. Zhuang, J.-t. Zhang,J.-r. Ni, (2009), "Electricity generation from starch processing wastewater using microbial fuel cell technology", Biochemical Engineering Journal, 43  246-251.

    [89] Y. Luo, G. Liu, R. Zhang,C. Zhang, (2010), "Power generation from furfural using the microbial fuel cell", Journal of Power Sources, 195  190-194.

    [90] V.J. Watson,B.E. Logan, (2011), "Analysis of polarization methods for elimination of power overshoot in microbial fuel cells", Electrochemistry communications, 13  54-56.

    [91] B. Min, Ó.B. Román,I. Angelidaki, (2008), "Importance of temperature and anodic medium composition on microbial fuel cell (MFC) performance", Biotechnology letters, 30  1213-1218.

    [92] X. Zhu, J.C. Tokash, Y. Hong,B.E. Logan, (2013), "Controlling the occurrence of power overshoot by adapting microbial fuel cells to high anode potentials", Bioelectrochemistry, 90  30-35.

    [93] S.A. Patil, V.P. Surakasi, S. Koul, S. Ijmulwar, A. Vivek, Y. Shouche,B. Kapadnis, (2009), "Electricity generation using chocolate industry wastewater and its treatment in activated sludge based microbial fuel cell and analysis of developed microbial community in the anode chamber", Bioresource technology, 100  5132-5139.

    [94] M.M. Mardanpour, M.N. Esfahany, T. Behzad,R. Sedaqatvand, (2012), "Single chamber microbial fuel cell with spiral anode for dairy wastewater treatment", Biosensors and Bioelectronics, 38  264-269.



تحقیق در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, مقاله در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, پروپوزال در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, تز دکترا در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, پروژه درباره پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, گزارش سمینار در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی, رساله دکترا در مورد پایان نامه تحقیق تجربی پارامتر های موثر بر روی پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای با ساختار حلقوی با استفاده از پساب صنایع شکلات سازی

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس