生物燃料论文
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生物燃料论文范文第1篇
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0003-02
微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。
1 微生物燃料电池的工作原理
图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。
下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料电池的分类
目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。
（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。
（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。
（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。
（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。
3 电池性能的制约因素[6～7]
迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。
动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。
另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。
4 微生物燃料电池的应用
（1）废水处理与环境污染治理。
微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。
（3）便携式电源。
微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。
（4）植物MFCs。
通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。
（5）人造器官的动力源[13]。
微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。
5 微生物燃料电池技术研究展望
MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。
（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。
（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。
（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。
（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。
6 结语
MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。
参考文献
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生物燃料论文范文第2篇
关键词：水垢，危害，系统，保养
水垢是一种牢固附着在金属表面上的沉积物，它对锅炉的危害主要有以下几点：①水垢能造成锅炉受热面损坏。水垢的导热性能很差，1mm的水垢相当于20mm后的钢板，在有水垢时，要达到无水垢相同的炉水温度，受热面管壁的温度必然要提高，当温度超过金属所能承受的允许温度时，就会引起鼓包和爆管事故。②锅炉金属表面覆盖水垢时，破坏了正常的锅炉水循环，容易引起炉管过热，同时引起沉积物下的腐蚀。③浪费燃料，由于水垢的导热性很差，燃料燃烧放出的热量不能有效地传给水，造成排烟温度升高，降低了锅炉的热效率，1mm的水垢浪费燃料3%-10%，不利于节能和环保。论文大全。④降低了锅炉的出力。⑤锅炉结垢，须经常洗炉，既影响正常的生产，游耗费大量人力、物力、同时降低锅炉使用寿命。水垢危害极大，但是热水锅炉的水垢与蒸汽锅炉的水垢结生的机理不同，蒸汽锅炉内的水垢是由于锅炉内的水质不合格造成的，而热水锅炉结生的水垢一方面来源于锅炉水，另一方面来源于管网系统的腐蚀。热水锅炉采暖系统的水主要存在于管网和用户这个大的循环系统中，因此，对于热水锅炉，在保证给水合格的条件下，加强停炉期间锅炉系统的保养，能够有效防止热水锅炉的结垢。
热水锅炉内的沉积物主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物构成。人们通常把淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物三者称为污垢，它们的来源主要是系统内的水循环到锅炉内造成的。论文大全。
污垢一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状的氢氧化物、杂质碎屑、腐蚀产物、菌藻的尸体及粘性分泌物等组成。这些物质本质是不会形成硬垢的，但是，它们在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，这样就加速了CaCO3析出结晶的过程。当存有这些物质的水流经锅炉受热面时，容易形成污垢沉积物，特别是流速慢的部分（如水冷壁管）污垢沉积物更多，这种沉积物体积较大，质地疏松稀软，故称软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因。当防腐措施不当时，锅炉受热面经常会有锈瘤附着，其外壳坚硬，内部疏松多孔，且分布不均。它们常与水垢、微生物、粘泥等一起沉积在受热面上。这种锈瘤状的腐蚀产物除了影响传热外，在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，加速了锅炉水垢的生成。
热水锅炉的采暖系统主要是由金属制造的，在非采暖期的大部分时间里，由于忽视保养或保养不当，整个系统一直在进行着以下几种腐蚀：
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蚀：锅炉运行时，地下水中的溶解氧的浓度一般小于0.1mg/l,通过加热，热水系统中氧的浓度几乎为零，氧对于锅炉的腐蚀非常小。停炉后，由于采暖系统内缺水，整个系统内部处于潮湿的环境中，金属表面附着一层水，水中O2和CO2的浓度迅速增大，金属本身受到O2和CO2的腐蚀加快，铁的腐蚀产物增加。
?腐蚀产物引起的腐蚀：铁锈和氧气一样，可以作为腐蚀反应的去极化剂，其总的反应如下：
3微生物引起的腐蚀：由于微生物排出的黏液与无机物和泥沙杂物等形成沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此，一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当温度为25―30oC时繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀：
铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化为Fe3+,释放的能量供细菌生存需：
。
铁细菌又称沉积细菌，它能把水中的Fe2+转化为不溶于水的Fe2O3的水合物，作为其代谢作用的一部分而在水中产生大量的氢氧化铁。
铁细菌还通过锈瘤建立氧的浓差电池，从而引起钢铁腐蚀。
产黏泥细菌是系统中数量最大的一类有害菌，它能产生一种胶状的、黏性的或黏胶状的、附着力很强的沉积物，这种沉积物很容易附着在金属表面，并易引起垢下腐蚀。
藻类对采暖系统的危害也很大，蓝藻适宜在32―40℃，pH值=6―8.9的环境中生长，在润湿的条件下，繁殖特别快，蓝藻死后形成污泥。硅藻喜欢生长在光线较暗，温度较低的环境中，初春或者深秋大量繁殖，硅藻的细胞壁充满聚合的白色二氧化硅，他的繁殖是产生硅污泥的原因。
在锅炉运行时，这些腐蚀产物随着水的循环进入到锅炉内部，锅炉水中铁的化合物浓度和微生物产生的污泥浓度增加。锅炉水中铁的化合物的形态主要是胶态的氧化铁，也有少量较大颗粒的氧化铁和溶解状态的氧化铁，胶态氧化铁带正电荷，当锅炉本体局部地区的热负荷过高时，该部位的金属表面与其他部分的金属表面之间产生电位差。热负荷很高的区域，金属表面因电子集中而带负电荷，这样带正电荷的氧化铁微粒就向带负电荷的金属表面聚集，结果形成氧化铁垢，由于氧化铁垢的导热性很差，致使锅炉受热面的热负荷增大，产生的电位差增大，加快了氧化铁垢的形成。当金属氧化物达到一定的厚度时，由于炉膛的温度不能及时传递给锅炉水，结果就引起水冷壁管的爆破。微生物产生的污泥，一方面在锅炉内部形成泥垢，另一方面，也起到晶核的作用，加速水垢的生成。论文大全。因此，在非采暖期，加强采暖系统的保养，防止这些腐蚀产物的形成，能够有效防止热水锅炉结垢，对于锅炉的安全运行非常重要。
参考文献：⑴陈洁、杨东方编《锅炉水处理技术问答》，北京，化学工业出版社出版发行，2003年印刷。⑵中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布《锅炉水处理检验规则》、《锅炉水处理监督管理规则》，北京，新华出版社出版发行，2008年。⑶张兆杰、桑清莲主编《锅炉水处理技术》，郑州，黄河水利出版社出版，2006年。 ⑷梁治齐主编《实用清洗技术手册》，北京，化学工业出版社，2005年第二版。
生物燃料论文范文第3篇
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生物燃料论文范文第4篇
1. 1教师起主导作用，学生才是教学活动的主体
以教师的“教”为主的直接灌输式教学方法存在很大的弊端「，〕，教师直接向学生传递教学信息不仅难以把控学生对知识的掌握程度，而且不利于学生综合能力的提高。在生物质化工课程的教学过程中，教师的主要工作是对教学目标、教学内容进行梳理，对教学活动进行组织，对教学的难点重点进行解答，总体上扮演一个管理者的角色;学生才是教学过程的主体，是教学活动的积极参与者和知识的主动建构者。让学生认识到知识的学习过程是一个学生要求学习、教师进行指导的主动学习的过程，而不是教师传授、学生被动接受的过程。 在第一轮教学活动结束后的评教环节中，一位学生提出:“老师在上课时没有给出标准答案”，实际上，作为大学生的学习已经不能拘泥于教师给出的标准答案了，在生物质化工课程的教学设计中，由于加人了一些当前关注的科研课题，课题本身也没有标准答案。课堂讨论的主要目的是引导学生去思考问题，而“标准答案”是需要学生在学习过程中不断地思考，甚至有可能将来投身到科学研究中去探索的。
1. 2“授之以渔”而非“授之以鱼”
建立起系统的专业知识体系，是大学生学习的一个重要任务。为了使学生能够更好地构建自己的知识体系，必须帮助学生培养适合自己的学习方法，即“授之以渔”。在教学过程中，通过对不同的技术进行纵向和横向的对比研究，对热门技术的发展与改进历程进行梳理，与学生一起总结相关内容的内在联系与共性规律等一系列的教学活动，让学生认识到知识的获得有章可循，进而帮助学生找到适合自己的学习方法。
1. 3兴趣是最好的老师
兴趣是学生学习的最主要动力。兴趣的培养可以通过榜样的力量来实现。比如，在课堂上可以适时地向同学们介绍一些相关领域的牛人事迹、科研成果，让学生认识到自己所学专业知识的重要性;在学校召开国际会议/学术研讨会期间，鼓励学生担任会场的服务工作，让学生近距离接触科研实际，切实地感受到专业对人才的需求，提高学生的专业荣誉感与责任感。
2 明确教学目标、合理设计教学内容
生物质化工为一门新兴的专业课，是与浙江科技学院化工专业特色紧密结合的。目前，全国范围内仅有少数高校开设了生物质化工专业方向，在选择教材时发现，还没有一本与“生物质化工”同名的书籍，因此，无论对教学目标还是对教学内容都需要进行探索。
在培养目标方面，结合行业人才需求和专业认证对学生的毕业要求，制定下列教学目标:
1)熟悉生物质化工技术的基本原理、工艺路线及技术参数;
2)明确生物质化工技术目前存在的问题及将来的发展方向;
3)具有较好的自学能力、分析问题和解决问题的能力;
4)具有从事生物质化工技术、生物质能源及生物质材料等的开发设计和科学管理的初步能力。
教学内容的选择不局限于一本教材，要体现多元化、前沿化、实用化的课程体系，主要包括课程的基本知识的讲授、问题研讨和探究性项目三部分redlw.com。
课程的基本知识分成12章内容，分别是:1)概述;2)生物质直接燃烧技术;3)生物质压缩成形和炭化技术4)生物质热解技术;5)生物质液化技术;6)生物质气化技术;7)沼气发酵及重整技术;8)生物质制氢技术;9)生物质燃料乙醇和燃料甲醇技术 10)生物柴油技术;11)生物质制备平台化合物技术;12)城市固体废弃物能源处理技术。
问题研讨主要根据各章节研究重点，结合企业工艺路线现状，提出研讨主题。包括:生物质现代化燃烧技术的改进思路;制约炭化炉推广的关键问题是什么;生物质热解技术的优缺点对比，结合对比思索进一步的改进方案;生物质热解过程中如何根据热解产物分布要求控制反应条件;从产物用途的角度分析生物质气化技术的未来发展方向;生物质制氢技术经济可行性分析;结合燃料甲醇的不同生产技术的优缺点，分析哪种工艺具有更好的应用前景;等等。
生物燃料论文范文第5篇
关键词：钢铁企业；SLP方法；布局优化；方案设计
中图分类号：TF081 文献标识码：A
钢铁企业仓储布局方案设计类似于大型物流园区的仓储布局设计，但是由于钢铁企业自身的一些特点，在布局方案设计中又有一些特殊性要求，例如钢铁企业的热装热送对时效性的要求等。通过对近年来仓储布局相关论文[1—4]的研究，目前主要的仓储布局方法有ABC分类法，遗传算法、Apriori算法、SLP方法，以及论文[5]提出的仓储布局规划的原则与方法，对钢铁企业仓储布局方案设计提供了较好的借鉴。
因钢铁企业自身庞大，其生产单位的主导作用远大于仓储单位，仓储布局需要在生产单位布局确定后才能确定，这与零售商品仓储有明显的不同。经过研究分析，这里主要探讨SLP方法在钢铁企业仓储布局方案设计中的应用。
1 面向钢铁企业的SLP方法
SLP是一种设施规划方法，主要应用于工厂设施设备的规划布置设计领域。鉴于钢铁企业的运输量由生产单位的需求量来反应，仓储量受企业订货和原燃料季节性需求影响，以及某些生产过程中确定的时间约束，因此，从基本要素、物流关系指标、非物流关系指标及综合关系分析方法方面对SLP方法进行改进[6]。
基本要素增加生产单位和仓储单位。定义钢铁企业中生产单位为物料经过后发生物理或者化学变化的单位，仓储单位为物料经过后不发生质变的单位。并将物流量Q分析分为仓储单位仓储量分析和作业单位间运输量分析两部分。
物流关系分析时引进运输强度的概念，以表达钢铁企业内物料运输的难易程度、成本的高低。
非物流关系分析沿用作业单位相互关系的分析方法。
改进的SLP仓储布局方案设计的流程如图1—1。
2 改进SLP方法在钢铁企业仓储布局方案设计中的应用
J钢始建于1958年，是我国特大型钢铁企业。拥有四通八达的公路、水路运输，地理位置得天独厚。其生产厂区分为老区、滨江区和新区三个部分，集采选矿、钢铁冶炼、钢材轧制为一体。布局图如图2—1。
2.1 物流关系分析
2.1.1 仓储物品P分析
J钢铁厂的仓储物品按原燃料、辅料、半成品、成品、备品备件分为五种类别，其中主要包括物品如表2—1。
2.1.2 大宗货物运输量Q分析
大宗货物物料运输量如表2—2。
2.1.3 物料流量及流向分析
对其各个作业单位之间的物流量及物料的流向进行整理，如表2—3。
2.1.4 物流量从至表分析
根据物料流量及流向表做出运输强度从至表如表2—4。
2.1.5 物流关系相关等级分析
根据运输强度等级划分，整理运输强度从至表做出作业单位间的物流关系相关表。
2.2 非物流关系分析
2.2.1 非物流关系原始表
依据钢铁企业作业单位间非物流关系分析指标及指标标度[7]，做出非物流关系等级原始表。
2.2.2 非物流关系相关表
根据改进的SLP方法中非物流关系评价指标对J钢铁厂各作业单位之间的非物流关系进行评价，最终得出非物流关系相关表2—7。
2.3 综合关系分析
根据上文分析结果，将作业单位间的物流关系相关表和非物流关系相关表组合成综合关系表：
将综合关系密切程度按等级由高到低进行排序如图2—2。
在生产单位位置固定的基础上以仓储面积、仓储需求、可用面积及需求面积作为约束条件，根据作业单位综合关系等级由高到低依次对仓储单位进行布局。做出布局方案如表2—9。
其不同物料的备选仓储位置厂区布局图如图2—3。
3 结束语
通过对J钢铁厂仓储布局优化方案的设计，可以看出改进后的SLP方法在钢铁厂仓储布局优化方案设计中能较好的运用。SLP方法的引入有利于更合理的优化厂区内的仓储布局，对探寻钢铁企业仓储布局优化设计方法有重要意义。
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