生物燃料論文
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生物燃料論文范文第1篇
中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0003-02
微生物燃料電池（Microbial fuel cells， MFCs）是一種新興的高效的生物質能利用方式，它利用細菌分解生物質產生生物電能，具有無污染、能量轉化效率高、適用范圍廣泛等優點。因此MFCs逐漸成為現今社會的研究熱點之一。
1 微生物燃料電池的工作原理
圖1是典型的雙室結構MFCs工作原理示意圖，系統主要由陽極、陰極和將陰陽極分開的質子交換膜構成。陽極室中的產電菌催化氧化有機物，使其直接生成質子、電子和代謝產物，氧化過程中產生的電子通過載體傳送到電極表面。根據微生物的性質，電子傳送的載體可以為外源、與呼吸鏈有關的NADH和色素分子以及微生物代謝的還原性物質。陽極產生的H+透過質子交換膜擴散到陰極，而陽極產生的電子流經外電路循環到達電池的陰極，電子在流過外電阻時輸出電能。電子在陰極催化劑作用下，與陰極室中的電子接受體結合，并發生還原反應[1]。
下面以典型的葡萄糖為底物的反應為例說明MFCs的工作原理，反應中氧氣為電子受體，反應完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料電池的分類
目前為止，MFCs的分類方法沒有統一標準，通常有以下幾種分類方法。
（1）基于產電原理進行分類，包括氫MFCs、光能自養MFCs和化能異養MFCs。氫MFCs的原理是利用微生物制氫，同時利用涂有化學催化劑的電極氧化氫氣發電；光能自養MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接將光能轉化為電能；而化能異養MFCs則是在厭氧或兼性微生物的作用下，從有機底物中提取電子并轉移到電極上，實現電力輸出[3]。
（2）基于電池構型進行分類，包括單極室微生物燃料電池、雙極室微生物燃料電池和多級串聯MFCs。圖1中的微生物燃料電池即為雙極室結構，電池通過質子交換膜分為陽極室和陰極室兩個極室。單極室MFCs則以空氣陰極MFCs為主，將陰極與質子交換膜合為一體，甚至是去除質子交換膜。為了提高產電量，將多個獨立的燃料電池串聯，就形成了多級串聯MFCs[4]。
（3）基于電子轉移方式分類，包括直接微生物燃料電池和間接微生物燃料電池兩類。直接微生物燃料電池是指底物直接在電極上被氧化，電子直接由底物分子轉移到電極，生物催化劑的作用是催化在電極表面上的反應。間接微生物燃料電池的底物不在電極上氧化，而是在電解液中或其它地方發生氧化后，產生的電子由電子介體運載到電極上去[5]。
（4）基于電子從細菌到電極轉移方式進行分類，可分為有介體MFCs和無介體MFCs兩類。電子需要借助外加的電子中介體才能從呼吸鏈及內部代謝物中轉移到陽極，這類為有介體MFCs。某些微生物可在無電子傳遞中間體存在的條件下，吸附并生長在電極的表面，并將電子直接傳遞給電極，這稱為無介體MFCs。
3 電池性能的制約因素[6～7]
迄今為止，MFCs的性能遠低于理想狀態。制約MFC性能的因素包括動力學因素、內阻因素和傳遞因素等。
動力學制約的主要表現為活化電勢較高，致使在陽極或者陰極上的表面反應速率較低，難以獲得較高的輸出功率[8]。內電阻具有提高電池的輸出功率的作用，主要取決于電極間電解液的阻力和質子交換膜的阻力?？s短電極間距、增加離子濃度均可降低內阻。不用質子交換膜也可以大大降低MFC的內阻，這時得到的最大功率密度為有質子交換膜的5倍，但必須注意氧氣擴散的問題[9]。另一個重要制約因素為電子傳遞過程中的反應物到微生物活性位間的傳質阻力和陰極區電子最終受體的擴散速率。最終電子受體采用鐵氰酸鹽或陰極介體使用鐵氰化物均可以獲得更大的輸出功率和電流。
另外，微生物對底物的親和力、微生物的最大生長率、生物量負荷、反應器攪拌情況、操作溫度和酸堿度均對微生物燃料電池內的物質傳遞有影響[10]。
4 微生物燃料電池的應用
（1）廢水處理與環境污染治理。
微生物燃料電池可以同步廢水處理和產電，是一種廢水資源化技術。把MFC用于廢水處理是其最有前景的一個應用方向，也是當前微生物燃料電池的研究熱點之一。同時，在生物脫氮、脫硫、重金屬污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽視的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化處理技術條件苛刻，需要高壓、高效能的轉化膜，有的還要消耗大量的電能，故不能大規模的處理，并且成本較高，難以有效地解決海水淡化問題。如果找到一種高效的產電微生物和特殊的PEM交換膜，那么MFC，就可以達到海水淡化的目的，而且具有能耗低，環保和可持續的優點。利用MFC淡化海水也將成為具有發展潛力的研究方向[11]。
（3）便攜式電源。
微生物燃料電池能夠利用環境中自然產生的燃料和氧化劑變為電能，用于替代常規能源?？梢詾樗聼o人駕駛運輸工具、環境監測設備的長期自主操作提供電源。
（4）植物MFCs。
通過光合作用，植根在陽極室的綠色植物將二氧化碳轉換為碳水化合物，在根部形成根瘤沉積物；植物根系中的根瘤沉積物被具有電化學活性的微生物轉化為二氧化碳，同時產生電子。這種植物MFCs能夠原位將太陽能直接轉換為電能[12]。
（5）人造器官的動力源[13]。
微生物燃料電池可以利用人體內的葡萄糖和氧氣產生能量。作為人造器官的動力源，需要長期穩定的能量供給，而人體內源源不斷的葡萄糖攝入恰好可以滿足MFC作為這種動力源的燃料需要。
5 微生物燃料電池技術研究展望
MFCs技術正在不斷成長并且已經在許多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，該技術還沒有實現真正的大規模實際應用?；谄洚a電性能的制約因素，今后的研究方向主要可歸納為以下幾點。
（1）深入研究并完善MFCs的產電理論。MFCs產電理論研究處于起步階段，電池輸出功率較低，嚴重制約了MFCs的實際應用。MFCs中產電微生物的生長代謝過程，產電呼吸代謝過程以及利用陽極作為電子受體的本質是今后的研究重點[14]。
（2）篩選與培育高活性微生物。目前大多數微生物燃料電池所用微生物品種單一。要達到實際應用的目的，需要尋找自身可產生氧化還原介體的高活性微生物和具有膜結合電子傳遞化合物質的微生物。今后的研究應致力于發現和選擇這種高活性微生。
（3）優化反應器的結構。研究與開發單室結構和多級串聯微生物燃料電池。利用微生物固定化技術、貴金屬修飾技術等改善電極的結構和性能。選擇吸附性能好、導電性好的材料作為陽極，選擇吸氧電位高且易于撲捉質子的材料作為陰極[15]。
（4）改進或替代質子交換膜。質子交換膜的質量與性質直接關系到微生物燃料電池的工作效率及產電能力。另外，目前所用的質子交換膜成本過高，不利于實現工業化。今后應設法提高質子交換膜的穿透性以及建立非間隔化的生物電池[16]。
6 結語
MFCs作為一種可再生的清潔能源技術正在迅速興起，并已逐步顯現出它獨有的社會價值和市場潛力。隨著研究的不斷深入以及生物電化學的不斷進步，MFCs必將得到不斷地推廣和應用[17]。
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生物燃料論文范文第2篇
關鍵詞：水垢，危害，系統，保養
水垢是一種牢固附著在金屬表面上的沉積物，它對鍋爐的危害主要有以下幾點：①水垢能造成鍋爐受熱面損壞。水垢的導熱性能很差，1mm的水垢相當于20mm后的鋼板，在有水垢時，要達到無水垢相同的爐水溫度，受熱面管壁的溫度必然要提高，當溫度超過金屬所能承受的允許溫度時，就會引起鼓包和爆管事故。②鍋爐金屬表面覆蓋水垢時，破壞了正常的鍋爐水循環，容易引起爐管過熱，同時引起沉積物下的腐蝕。③浪費燃料，由于水垢的導熱性很差，燃料燃燒放出的熱量不能有效地傳給水，造成排煙溫度升高，降低了鍋爐的熱效率，1mm的水垢浪費燃料3%-10%，不利于節能和環保。論文大全。④降低了鍋爐的出力。⑤鍋爐結垢，須經常洗爐，既影響正常的生產，游耗費大量人力、物力、同時降低鍋爐使用壽命。水垢危害極大，但是熱水鍋爐的水垢與蒸汽鍋爐的水垢結生的機理不同，蒸汽鍋爐內的水垢是由于鍋爐內的水質不合格造成的，而熱水鍋爐結生的水垢一方面來源于鍋爐水，另一方面來源于管網系統的腐蝕。熱水鍋爐采暖系統的水主要存在于管網和用戶這個大的循環系統中，因此，對于熱水鍋爐，在保證給水合格的條件下，加強停爐期間鍋爐系統的保養，能夠有效防止熱水鍋爐的結垢。
熱水鍋爐內的沉積物主要是由水垢、淤泥、腐蝕產物、和生物沉積物構成。人們通常把淤泥、腐蝕產物、和生物沉積物三者稱為污垢，它們的來源主要是系統內的水循環到鍋爐內造成的。論文大全。
污垢一般是由顆粒細小的泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀的氫氧化物、雜質碎屑、腐蝕產物、菌藻的尸體及粘性分泌物等組成。這些物質本質是不會形成硬垢的，但是，它們在水的循環過程中起到了CaCO3微結晶的晶核作用，這樣就加速了CaCO3析出結晶的過程。當存有這些物質的水流經鍋爐受熱面時，容易形成污垢沉積物，特別是流速慢的部分（如水冷壁管）污垢沉積物更多，這種沉積物體積較大，質地疏松稀軟，故稱軟垢。它們是引起垢下腐蝕的主要原因。當防腐措施不當時，鍋爐受熱面經常會有銹瘤附著，其外殼堅硬，內部疏松多孔，且分布不均。它們常與水垢、微生物、粘泥等一起沉積在受熱面上。這種銹瘤狀的腐蝕產物除了影響傳熱外，在水的循環過程中起到了CaCO3微結晶的晶核作用，加速了鍋爐水垢的生成。
熱水鍋爐的采暖系統主要是由金屬制造的，在非采暖期的大部分時間里，由于忽視保養或保養不當，整個系統一直在進行著以下幾種腐蝕：
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蝕：鍋爐運行時，地下水中的溶解氧的濃度一般小于0.1mg/l,通過加熱，熱水系統中氧的濃度幾乎為零，氧對于鍋爐的腐蝕非常小。停爐后，由于采暖系統內缺水，整個系統內部處于潮濕的環境中，金屬表面附著一層水，水中O2和CO2的濃度迅速增大，金屬本身受到O2和CO2的腐蝕加快，鐵的腐蝕產物增加。
?腐蝕產物引起的腐蝕：鐵銹和氧氣一樣，可以作為腐蝕反應的去極化劑，其總的反應如下：
3微生物引起的腐蝕：由于微生物排出的黏液與無機物和泥沙雜物等形成沉積物附著在金屬表面，形成氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，在金屬表面和沉積物之間缺乏氧，因此，一些厭氧菌（主要是硫酸鹽還原菌）得以繁殖，當溫度為25―30oC時繁殖更快，它分解水中的硫酸鹽，產生H2S，引起碳鋼腐蝕：
鐵細菌是鋼鐵銹瘤產生的主要原因，它能使Fe2+氧化為Fe3+,釋放的能量供細菌生存需：
。
鐵細菌又稱沉積細菌，它能把水中的Fe2+轉化為不溶于水的Fe2O3的水合物，作為其代謝作用的一部分而在水中產生大量的氫氧化鐵。
鐵細菌還通過銹瘤建立氧的濃差電池，從而引起鋼鐵腐蝕。
產黏泥細菌是系統中數量最大的一類有害菌，它能產生一種膠狀的、黏性的或黏膠狀的、附著力很強的沉積物，這種沉積物很容易附著在金屬表面，并易引起垢下腐蝕。
藻類對采暖系統的危害也很大，藍藻適宜在32―40℃，pH值=6―8.9的環境中生長，在潤濕的條件下，繁殖特別快，藍藻死后形成污泥。硅藻喜歡生長在光線較暗，溫度較低的環境中，初春或者深秋大量繁殖，硅藻的細胞壁充滿聚合的白色二氧化硅，他的繁殖是產生硅污泥的原因。
在鍋爐運行時，這些腐蝕產物隨著水的循環進入到鍋爐內部，鍋爐水中鐵的化合物濃度和微生物產生的污泥濃度增加。鍋爐水中鐵的化合物的形態主要是膠態的氧化鐵，也有少量較大顆粒的氧化鐵和溶解狀態的氧化鐵，膠態氧化鐵帶正電荷，當鍋爐本體局部地區的熱負荷過高時，該部位的金屬表面與其他部分的金屬表面之間產生電位差。熱負荷很高的區域，金屬表面因電子集中而帶負電荷，這樣帶正電荷的氧化鐵微粒就向帶負電荷的金屬表面聚集，結果形成氧化鐵垢，由于氧化鐵垢的導熱性很差，致使鍋爐受熱面的熱負荷增大，產生的電位差增大，加快了氧化鐵垢的形成。當金屬氧化物達到一定的厚度時，由于爐膛的溫度不能及時傳遞給鍋爐水，結果就引起水冷壁管的爆破。微生物產生的污泥，一方面在鍋爐內部形成泥垢，另一方面，也起到晶核的作用，加速水垢的生成。論文大全。因此，在非采暖期，加強采暖系統的保養，防止這些腐蝕產物的形成，能夠有效防止熱水鍋爐結垢，對于鍋爐的安全運行非常重要。
參考文獻：⑴陳潔、楊東方編《鍋爐水處理技術問答》，北京，化學工業出版社出版發行，2003年印刷。⑵中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局頒布《鍋爐水處理檢驗規則》、《鍋爐水處理監督管理規則》，北京，新華出版社出版發行，2008年。⑶張兆杰、桑清蓮主編《鍋爐水處理技術》，鄭州，黃河水利出版社出版，2006年。 ⑷梁治齊主編《實用清洗技術手冊》，北京，化學工業出版社，2005年第二版。
生物燃料論文范文第3篇
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生物燃料論文范文第4篇
1. 1教師起主導作用，學生才是教學活動的主體
以教師的“教”為主的直接灌輸式教學方法存在很大的弊端「，〕，教師直接向學生傳遞教學信息不僅難以把控學生對知識的掌握程度，而且不利于學生綜合能力的提高。在生物質化工課程的教學過程中，教師的主要工作是對教學目標、教學內容進行梳理，對教學活動進行組織，對教學的難點重點進行解答，總體上扮演一個管理者的角色;學生才是教學過程的主體，是教學活動的積極參與者和知識的主動建構者。讓學生認識到知識的學習過程是一個學生要求學習、教師進行指導的主動學習的過程，而不是教師傳授、學生被動接受的過程。 在第一輪教學活動結束后的評教環節中，一位學生提出:“老師在上課時沒有給出標準答案”，實際上，作為大學生的學習已經不能拘泥于教師給出的標準答案了，在生物質化工課程的教學設計中，由于加人了一些當前關注的科研課題，課題本身也沒有標準答案。課堂討論的主要目的是引導學生去思考問題，而“標準答案”是需要學生在學習過程中不斷地思考，甚至有可能將來投身到科學研究中去探索的。
1. 2“授之以漁”而非“授之以魚”
建立起系統的專業知識體系，是大學生學習的一個重要任務。為了使學生能夠更好地構建自己的知識體系，必須幫助學生培養適合自己的學習方法，即“授之以漁”。在教學過程中，通過對不同的技術進行縱向和橫向的對比研究，對熱門技術的發展與改進歷程進行梳理，與學生一起總結相關內容的內在聯系與共性規律等一系列的教學活動，讓學生認識到知識的獲得有章可循，進而幫助學生找到適合自己的學習方法。
1. 3興趣是最好的老師
興趣是學生學習的最主要動力。興趣的培養可以通過榜樣的力量來實現。比如，在課堂上可以適時地向同學們介紹一些相關領域的牛人事跡、科研成果，讓學生認識到自己所學專業知識的重要性;在學校召開國際會議/學術研討會期間，鼓勵學生擔任會場的服務工作，讓學生近距離接觸科研實際，切實地感受到專業對人才的需求，提高學生的專業榮譽感與責任感。
2 明確教學目標、合理設計教學內容
生物質化工為一門新興的專業課，是與浙江科技學院化工專業特色緊密結合的。目前，全國范圍內僅有少數高校開設了生物質化工專業方向，在選擇教材時發現，還沒有一本與“生物質化工”同名的書籍，因此，無論對教學目標還是對教學內容都需要進行探索。
在培養目標方面，結合行業人才需求和專業認證對學生的畢業要求，制定下列教學目標:
1)熟悉生物質化工技術的基本原理、工藝路線及技術參數;
2)明確生物質化工技術目前存在的問題及將來的發展方向;
3)具有較好的自學能力、分析問題和解決問題的能力;
4)具有從事生物質化工技術、生物質能源及生物質材料等的開發設計和科學管理的初步能力。
教學內容的選擇不局限于一本教材，要體現多元化、前沿化、實用化的課程體系，主要包括課程的基本知識的講授、問題研討和探究性項目三部分redlw.com。
課程的基本知識分成12章內容，分別是:1)概述;2)生物質直接燃燒技術;3)生物質壓縮成形和炭化技術4)生物質熱解技術;5)生物質液化技術;6)生物質氣化技術;7)沼氣發酵及重整技術;8)生物質制氫技術;9)生物質燃料乙醇和燃料甲醇技術 10)生物柴油技術;11)生物質制備平臺化合物技術;12)城市固體廢棄物能源處理技術。
問題研討主要根據各章節研究重點，結合企業工藝路線現狀，提出研討主題。包括:生物質現代化燃燒技術的改進思路;制約炭化爐推廣的關鍵問題是什么;生物質熱解技術的優缺點對比，結合對比思索進一步的改進方案;生物質熱解過程中如何根據熱解產物分布要求控制反應條件;從產物用途的角度分析生物質氣化技術的未來發展方向;生物質制氫技術經濟可行性分析;結合燃料甲醇的不同生產技術的優缺點，分析哪種工藝具有更好的應用前景;等等。
生物燃料論文范文第5篇
關鍵詞：鋼鐵企業；SLP方法；布局優化；方案設計
中圖分類號：TF081 文獻標識碼：A
鋼鐵企業倉儲布局方案設計類似于大型物流園區的倉儲布局設計，但是由于鋼鐵企業自身的一些特點，在布局方案設計中又有一些特殊性要求，例如鋼鐵企業的熱裝熱送對時效性的要求等。通過對近年來倉儲布局相關論文[1—4]的研究，目前主要的倉儲布局方法有ABC分類法，遺傳算法、Apriori算法、SLP方法，以及論文[5]提出的倉儲布局規劃的原則與方法，對鋼鐵企業倉儲布局方案設計提供了較好的借鑒。
因鋼鐵企業自身龐大，其生產單位的主導作用遠大于倉儲單位，倉儲布局需要在生產單位布局確定后才能確定，這與零售商品倉儲有明顯的不同。經過研究分析，這里主要探討SLP方法在鋼鐵企業倉儲布局方案設計中的應用。
1 面向鋼鐵企業的SLP方法
SLP是一種設施規劃方法，主要應用于工廠設施設備的規劃布置設計領域。鑒于鋼鐵企業的運輸量由生產單位的需求量來反應，倉儲量受企業訂貨和原燃料季節性需求影響，以及某些生產過程中確定的時間約束，因此，從基本要素、物流關系指標、非物流關系指標及綜合關系分析方法方面對SLP方法進行改進[6]。
基本要素增加生產單位和倉儲單位。定義鋼鐵企業中生產單位為物料經過后發生物理或者化學變化的單位，倉儲單位為物料經過后不發生質變的單位。并將物流量Q分析分為倉儲單位倉儲量分析和作業單位間運輸量分析兩部分。
物流關系分析時引進運輸強度的概念，以表達鋼鐵企業內物料運輸的難易程度、成本的高低。
非物流關系分析沿用作業單位相互關系的分析方法。
改進的SLP倉儲布局方案設計的流程如圖1—1。
2 改進SLP方法在鋼鐵企業倉儲布局方案設計中的應用
J鋼始建于1958年，是我國特大型鋼鐵企業。擁有四通八達的公路、水路運輸，地理位置得天獨厚。其生產廠區分為老區、濱江區和新區三個部分，集采選礦、鋼鐵冶煉、鋼材軋制為一體。布局圖如圖2—1。
2.1 物流關系分析
2.1.1 倉儲物品P分析
J鋼鐵廠的倉儲物品按原燃料、輔料、半成品、成品、備品備件分為五種類別，其中主要包括物品如表2—1。
2.1.2 大宗貨物運輸量Q分析
大宗貨物物料運輸量如表2—2。
2.1.3 物料流量及流向分析
對其各個作業單位之間的物流量及物料的流向進行整理，如表2—3。
2.1.4 物流量從至表分析
根據物料流量及流向表做出運輸強度從至表如表2—4。
2.1.5 物流關系相關等級分析
根據運輸強度等級劃分，整理運輸強度從至表做出作業單位間的物流關系相關表。
2.2 非物流關系分析
2.2.1 非物流關系原始表
依據鋼鐵企業作業單位間非物流關系分析指標及指標標度[7]，做出非物流關系等級原始表。
2.2.2 非物流關系相關表
根據改進的SLP方法中非物流關系評價指標對J鋼鐵廠各作業單位之間的非物流關系進行評價，最終得出非物流關系相關表2—7。
2.3 綜合關系分析
根據上文分析結果，將作業單位間的物流關系相關表和非物流關系相關表組合成綜合關系表：
將綜合關系密切程度按等級由高到低進行排序如圖2—2。
在生產單位位置固定的基礎上以倉儲面積、倉儲需求、可用面積及需求面積作為約束條件，根據作業單位綜合關系等級由高到低依次對倉儲單位進行布局。做出布局方案如表2—9。
其不同物料的備選倉儲位置廠區布局圖如圖2—3。
3 結束語
通過對J鋼鐵廠倉儲布局優化方案的設計，可以看出改進后的SLP方法在鋼鐵廠倉儲布局優化方案設計中能較好的運用。SLP方法的引入有利于更合理的優化廠區內的倉儲布局，對探尋鋼鐵企業倉儲布局優化設計方法有重要意義。
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