外源添加物对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

以天然海泥(BMFC-0)、外添加葡萄糖的海泥(BMFC-1)和外添加丹皮酚的海泥(BMFC-2)作为底物构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加物对BMFCs电池性能及电极性能的影响。结果表明,丹皮酚对海泥中微生物具有明显抑制作用,葡萄糖提高海泥中微生物的产电性能。通路状态下,BMFC-1的阳极电位低于BMFC-0,BMFC-2的阳极电位高于BMFC-0。电化学研究结果表明,BMFC-1阳极生物膜中产电菌电化学活性高于BMFC-0,而BMFC-2产电菌的电化学活性受到抑制;BMFC-1和BMFC-2的阳极相对动力学活性分别是BMFC-0的1.91倍和0.67倍。BMFC-1的平均输出功率密度为7.294m W/m2,分别是BMFC-0(0.875m W/m2)和BMFC-2(0.106m W/m2)的8.3和68.8倍。根据添加物对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出阳极表面电容性质对电极及电池性能影响的独特机理。     

均匀设计在金属氧化物阳极材料研究中的应用

在金属氧化物阳极材料研究中，采用了均匀设计方法对阳极涂层成分进行优化设计，依据阳极电化学性能试验结果，建立了阳极性能与成分间的数学模型。在回归分析基础上，筛选出金属氧化物阳极涂层成分的最佳配方，并探讨了涂层成分对阳极性能的影响。试验结果表明，贵金属组元铂的加入对金属氧化物阳极的电化学性能影响并不明显；金属氧化物阳极的电化学性能主要受贵金属铱和惰性组元钽的影响。     

铝基牺牲阳极溶解性能电化学评定法的研究

本文提出了一个电化学方法来对铝基牺牲阳极在海水中的溶解性能进行定量描述。该法是将阳极试样在恒温的海水中用恒电位仪极化到一定电位,然后测其时间-电流曲线,用求积仪计算库仑密度。发现库仑密度与阳极表面溶解状态之间有很好的对应性,因而可以用来定量描述阳极的这一性能。     

光电化学阴极保护技术研究进展

海洋环境下的金属面临着非常严峻的腐蚀问题,必须采取措施进行防护.光电化学阴极保护是一种绿色环保的新型防腐蚀技术,受到了广泛的关注.本文简要阐述了光电化学阴极保护技术的原理以及对光阳极的要求;详细介绍了以二氧化钛为代表的几种常见光阳极材料及其不同改性方法;此外还介绍了兼具储能与阴极保护功能的光阳极,它有望实现暗态下连续保护的目标;最后讨论了光电化学阴极保护技术的发展趋势.     

静电纺丝技术制备纳米纤维复合环氧涂层及其海洋防腐性能

纳米纤维可以填补有机涂层中存在的孔隙和微裂纹，并提高其抗腐蚀能力。本文介绍了一种利用静电纺丝方法在Q235碳钢表面制备纳米纤维，并与有机环氧树脂复合，进而提高树脂防腐性能的技术。制备了环氧-纤维复合涂层（PAN-NFs/EP），采用电化学方法以及盐雾实验对复合涂层的防腐性能进行了表征，结果表明嵌入了纳米纤维的环氧复合涂层，其电化学阻抗提高了两个数量级，防腐性能明显提高。本研究对静电纺丝技术在海洋防腐中的应用具有一定的参考价值。     

不锈钢表面纳米SnO2/TiO2复合薄膜制备及防腐蚀性能

采用溶胶凝胶法在不锈钢基体(304ss)上制备叠层式纳米SnO2/TiO2复合薄膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征纳米复合薄膜材料的晶体结构和微观形貌,通过交流阻抗技术(EIS)和极化曲线(Polarization Curves)电化学方法研究不锈钢表面纳米复合薄膜在模拟海水体系中的腐蚀行为。结果表明:制备叠层式纳米复合薄膜TiO2为锐钛矿型,SnO2为金红石型;不锈钢表面构筑叠层式纳米SnO2/TiO2复合薄膜颗粒粒径小,分布均匀且表面致密。电化学测试表明,叠层式纳米SnO2/TiO2复合薄膜阻抗值高于TiO2薄膜,且对不锈钢基体阳极反应有明显钝化过程,具有良好防腐蚀性能;同时叠层式纳米SnO2/TiO2复合薄膜存在最优叠加SnO2层数,叠加3层SnO2的纳米SnO2/TiO2复合薄膜电极防腐蚀性能最佳。     

兼性厌氧海洋细菌Shewanella sp.N3B_R的分离鉴定及产电性能分析研究

本研究的目的是利用聚苯胺修饰双室微生物燃料电池(MFC),从海水养殖废水中分离筛选阳极海洋产电菌,并利用响应面Box-Behnken设计优化各产电因子,提高产电性能。从海水养殖池塘的废水和污泥中分离出一株兼性厌氧海洋菌株,利用16S rRNA基因序列和API 20NE生化分析进行鉴定,采用扫描电镜进行菌株形态的观察。采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱法(EIS)研究了不同阳极电极在MFC中的性能。采用Box-Behnken设计(BBD)对复合模式进行优化。结果显示:分离到的阳极海洋产电菌株鉴定为希瓦氏菌Shewanella sp.N3B_R,聚苯胺修饰阳极可以减少MFC的电荷转移电阻,输出电压和功率密度比未经修改的碳布电极分别提高了3倍和10倍。BBD结果表明,最适温度为35℃,NaCl和苯胺浓度分别为5 g/L和0.15 mol/L,得到的功率密度最高产率为522.1 mW/m²。     

海水盐度对铝阳极电化学性能影响的研究

于１９９３年７月－１９９３年９月，利用青岛海滨的新鲜海水配制不同盐度（３０－５）的海水样品。采用ＧＢ４９４８－８５规定的方法研究海水盐度的变化对铝基牺牲性阳极电化学性能的影响。结果表明，海水盐度在３０－１０的范围内变化时对铝阳极的电化学性能无明显影响；当海水盐度降至５后，对阳极的开路电位，闭路电位及电流效率等产生明显影响，使性能指标低于国标要求的范围。     

海底生物燃料电池作为电源驱动小型电子器件的应用研究

海底沉积物生物燃料电池(简称海底生物燃料电池)是一种新型的海洋能源材料电池,它的发电机理主要是利用海底沉积层内细菌代谢产生电子,通过人工放置的改性阳极收集电子,产生电能,可用于驱动水下监测仪器的长期连续运行.本研究首先设计海底生物燃料电池实验室装置,利用电池串联升压的方式,实现其驱动小型电子装置和监测仪器的连续运行.在此基础上,设计并安装了实际海况电池实验装置,利用并联设计和特殊升压装置,在胶州湾浅海成功驱动小型电子装置的运行.本研究初步验证了海底生物燃料电池作为电源驱动仪器的可行性.     

高效铝合金牺牲阳极的研究

在铝中添加合金元素Zn,Mg,In,Ga,Ca,利用正交设计方法,研制出一种高效的铝合金牺牲阳极,它在海水中的电流效率达95.6％,电位为-1.09V(SCE)。并研究了合金元素In,Ga,Ca对铝合金电化学性能的影响及阳极活化机理。     

铝合金硬质阳极化封闭后在海水中的实验研究

本文研究了经封闭处理的硬质阳极氧化铝合金在海水中的耐蚀性能情况,并且还对封闭膜层进行了电子探针的表面形貌分析和封闭物质在膜层中的线分布情况分析。由现场海水全浸一年的试验结果表明,采用我们研究的封闭工艺封闭处理的硬质阳极氧化铝合金(Ly12M),从平均腐蚀率看,其耐蚀性能分别比用传统的开水(蒸馏水)和 K_2Cr_2O_7封闭工艺处理提高6.4倍和5.9倍,比用美国的 Co(CH_3COO)_2—Na_2Cr_2O_7双重封闭工艺(duplex sealing)处理提高5.3倍。用该工艺处理的试样经过一年的现场海水浸泡,表面基本未有点蚀,仍光亮、致密。     

合金成分对Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极性能的影响

利用正交试验的配比方法炼制了不同Zn、In、Mg、Ti含量Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极9组,采用恒电流和极化曲线方法评价了牺牲阳极的电化学性能。结果表明:电流效率随着钛含量的增加呈上升趋势,随着铟含量的增加而呈下降趋势,随着锌、镁含量的增加先下降后升高。阳极为均匀溶解,未出现钝化现象,溶解过程表现出2种放电过程。最佳阳极配比(wt%)为:Zn 6.0,In 0.020,Mg 1.5,Ti 0.080,余量为Al。     

抗污染抑菌性聚酰胺纳滤膜的制备及性能表征

以辣素衍生物(HMOBA)为抑菌单体,丙烯酸(acrylic acid,AA)为亲水性单体,通过紫外光辐照接枝制备具有抗污染性和抑菌性的聚酰胺纳滤膜。实验固定HMOBA的含量分别为0.5wt%,接枝时间为10min,考察了改性液中AA含量对改性膜性能的影响。结果表明,当改性液中AA的含量为1wt%时,改性膜的综合性能显著改善。纯水通量为130.98L·m~(-2)·h~(-1),NaCl和Na_2SO_4截盐率分别为38.53%和94.50%,改性膜对不同价态离子的选择分离性有所提高;通量恢复率为80.89%,比基膜提高了40.14%;抑菌率由基膜的5.63%提升到83.25%,膜表面的抗污染性和抑菌性得到了明显的改善。     

超声改性对不同粘土去除藻华生物效率的影响

粘土表面改性方法是提高改性粘土絮凝有害藻华效率的关键。本文研究了超声改性法对粘土去除藻华生物效率的影响,对比分析了粘土颗粒在改性前后的粒度分布、扫描电镜图像以及表面电位等理化特征变化,进而初步探讨了超声改性的作用机制。结果显示,超声改性处理可以有效提高本研究中所试验五种粘土去除藻华生物能力。超声改性导致粘土颗粒粒径进一步减小,且超声时间越长,颗粒粒径越小;超声处理后的粘土粒度分布集中、颗粒均匀,延长超声处理时间可以有效提高增效效果。同时发现,超声改性后粘土颗粒的表面电位负电性变弱,降低了粘土颗粒与表面负电性藻细胞之间的静电斥力,从而提高了粘土对藻华生物藻细胞的絮凝去除能力。本研究探索了提高粘土去除藻华生物效率的新方法,为进一步增强改性粘土去除能力提供了参考。     

钛/碳钢在海水中电偶腐蚀的研究

研究了国产纯钛和碳钢Q235在青岛近海海水中的电偶腐蚀情况。测定这两种金属材料的自然腐蚀电位和失重速率；用IM6e电化学工作站测定两种金属材料在海水中的稳态极化曲线，研究其极化性能；测定了碳钢与钛组成不同面积比、不同温度、不同海水流速时电偶电流的大小、方向，电偶电位，以及不同面积比时阳极的失重速率。结果表明，阳极的腐蚀速率随阴／阳极面积比、环境温度、海水流速的增大而增加，且阳极腐蚀速率随阴／阳极面积比的增大趋于极限值。     

海水电池用Mg-Ga-Hg合金的电化学性能

本文针对海水电池的使用工况条件,通过开路电位、动电位极化、恒流放电、失重等测试方法,系统评价了MgGa-Hg合金在海水中的电化学行为。结果表明,Mg-Ga-Hg合金开路电位为-1.91~-1.95V,在1~9mA/cm2电流密度下放电时工作电位均负于-1.9V,激活时间小于10s,电流效率在70%左右,且间歇放电性能良好,在大于1.5%盐度的静态或动态海水中均具有良好的电化学活性,适合作海水溶解氧电池负极材料。     

阳极溶解对奥氏体不锈钢在酸性氯离子溶液中力学行为的影响

奥氏体不锈钢在海洋大气环境下能够发生应力腐蚀开裂(SCC),并处于活性阳极溶解状态(曹楚南等,1992; Herbsleb et al.,1989),在该环境下于不锈钢表面可以形成酸性氯化物水介质膜(Kain1990; Gnanamoorthy,1990)。Jones(1985)根据其阳极溶解加速金属变形和变形加速阳极溶解的硏究结果,提出了应力腐蚀和腐蚀疲劳的统一机理,他认为裂尖的阳极溶解使裂尖前金属的开裂应力下降。曹楚南(1992)在此基础上更为广泛地探讨了电化学过程与金属材料的力学行为间的交互作用及其与SCC之间的关系,他认为裂尖前面有一塑性变形区,裂尖表面上的高阳极溶解电流密度除可使金属被溶解掉以外,还起着使裂尖前金属表层区的变形硬化缓解的作用。这种作用导致裂尖前金属表层开裂所需要的应力(开裂应力)降低,当开裂应力低于变形硬化层中存在的应力时,这一层就会开裂,裂尖向前跃进而形成新的裂尖表面,裂尖前金属的应力也部分消除。然后在拉应力的作用下,新的裂尖前金属区域发生新的塑性变形,形成新的变形硬化层,并重复上述过程。虽然上述具体过程有待证实,但阳极溶解在SCC过程中的重要作用是肯定的。研究阳极溶解对奧氏体不锈钢力学行为的影响将为阳极溶解型SCC机理研究提供有力证据。     

静电纺丝制备石墨烯/PMMA微米纤维及防腐蚀性能

为了解决防腐涂层中石墨烯分布不均匀及与金属表面黏结性差的问题,提高涂层防腐蚀性能,本文采用静电纺丝技术在Q235碳钢电极表面成功制备了石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(GR/PMMA)微米纤维。采用红外吸收光谱、X射线衍射、拉曼光谱及扫描电镜对静电纺GR/PMMA微米纤维的结构及形貌进行表征;并通过Tafel极化曲线和电化学交流阻抗(EIS)研究了不同石墨烯含量的静电纺GR/PMMA微米纤维膜在0.1mol/L H2_SO_4溶液中对碳钢电极的防护作用,探讨了石墨烯含量对GR/PMMA复合物防腐蚀性能的影响。研究结果表明,随着石墨烯含量的增加,GR/PMMA复合物的防腐蚀性能先增加后降低,当石墨烯含量为1%时所制备的静电纺GR/PMMA微米纤维涂层表现出优异的防腐蚀性能(η=99.999%),即使在浸泡15天之后,其防腐蚀效率仍然高达99.971%。     

微波辐射下嘌呤C-2,6位衍生物及“Reversine”的合成

以2,6-二氯嘌呤为原料,微波辐射法合成了"Reversine"[1,2-(4-吗啉苯胺基)-N6-环己基腺嘌呤]的重要中间体2-氯-6-环己胺基嘌呤及其衍生物3b～3f,再以2-氯-6-环己胺基嘌呤为原料,微波辐射下合成了2-苯胺基-6-环己胺基嘌呤及"Reversine"。探索了合适的反应条件及影响因素,产物的结构通过1 H NMR进行了表征。研究表明,微波法可大幅提高合成嘌呤2,6位衍生物收率并缩短反应时间,为嘌呤衍生物及"Reversine"的合成提供了一种绿色、简洁高效的合成方法。     

改性黏土除藻的絮凝形态学特征初步研究

在理论上改性黏土絮凝体的形态变化对其除藻过程有指示作用,可作为改性黏土用量和用法调控的依据,本文探讨了现有絮凝颗粒形态学观测与分析方法在改性黏土除藻效率评价上的适用性。借助激光颗粒表征技术和电子显微成像技术,本文观测了改性黏土除藻时的颗粒表面电性、粒径分布、絮凝体结构等絮凝形态学特征,分析了其与除藻效率的相关性。结果表明,现有观测方法可以表征改性导致的黏土颗粒Zeta电位反转、改性前后黏土在不同介质中的颗粒粒级分布差异、以及改性黏土与微藻形成絮凝体的多种显微结构;但由于较大粒径絮体对现有方法观测结果的影响更大,各种黏土的粒径特征与其除藻效率之间没有显著的相关性。现有观测方法获得的改性黏土颗粒形态特征仍不能反映其消除藻细胞的精细过程,特别是由于缺乏有效的絮凝体形态分析方法而导致现有形态参数还不能指示除藻效率的变化,亟需发展适用于改性黏土法除藻过程的颗粒形态分析新方法。