عنوان تحقیق: مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلابفرمت فایل: wordتعداد صفحات: 104شرح مختصر:پیل های سوختی میکروبیولوژیکی (MFC) به عنوان یکی پتانسیل های مهم در تامین انرژی پاک و تجدید پذیر آینده مطرح می باشند. MFC ها علاوه بر تامین انرژی از نوع الکتریکی که در میان سایر انواع انرژی ها، پرکاربرد ترین و انعطاف پذیر ترین می باشد، نه تنها کوچکترین آلودگی برای محیط زیست ایجاد نمی کنند بلکه در تصفیه و از بین بردن آلودگی های زیست محیطی از قبیل فاضلاب شهری و شیرابه حاصل از پسماندهای جامد شهری تاثیر بسزایی دارند. فصل اول این تحقیق مروری است بر تکنولوژی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی. فصل دوم به مباحث فنی و مبانی ریاضی پیل های سوختی از بدو تا به امروز می پردازد که پایه و اساس مدل ارائه شده در فصل سوم می باشد. در فصل سوم، با بررسی دقیق تر کارهای ارائه شده توسط محقیقن مختلف و استفاده از فرضیات و همچنین داده های تجربی ارائه شده در مقالات مختلف، مدلی مناسب برای پیل سوختی میکروبیولوژیکی دو محفظه ای (Double Chamber) ارائه شده است که با استفاده از این مدل، نمودارهای مختلف مربوط به توان، شدت جریان و اختلاف پتانسیل حاصل از این نوع پیل سوختی ترسیم شده است. فصل چهارم به ارائه نتیجه گیری کلی در زمینه پیل های سوختی میکروبیولوژیکی و مدلسازی ریاضی آن ها می پردازد.فهرست مطالبچكيده1مقدمه2فصل اول : درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی31-1) مفاهیم41-2) مروری بر واسط های حمل الکترون در MFC ها71-3) میکروب هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند81-4) پیکربندی پیل های سوختی میکروبی121-4-1) اجزای MFC121-4-2) سیستمهای MFC دو جزئی131-4-3) سیستمهای MFC تک جزئی161-4-4) سیستمهای MFC نوع Up-flow191-4-5) پیل سوختی میکروبی انباشته (stacked)211-5) عملکرد MFC ها221-5-1) عملکرد ایده آل221-5-2) بازدهی واقعی MFC241-5-3) تاثیر شرایط عملیاتی261-5-4) تاثیر جنس الکترودها271-5-5) بافر pH و الکترولیت291-5-6) سیستم مبادله پروتون301-5-7) شرایط عملیاتی در محفظه آند311-5-8) شرایط عملیاتی در محفظه کاتد321-6) کاربردها341-6-1) تولید الکتریسیته341-6-2) بیوهیدروژن (Biohydrogen)361-6-3) تصفیه فاضلاب371-6-4) سنسورهای بیولوژیکی (Biosensors)381-7) چشم انداز MFC ها39فصل دوم : مباحث فنی پیل های سوختی41° 2-1) ولتاژ پیل و پتانسیل الکترود ها42° 2-2) وابستگی ولتاژ پیل تعادلی به غلظت: معادله عمومی Nernst44° 2-3) پتانسیل های فلز/یون فلزی (+M/Mz)46° 2-4) پتانسیل های اکسایش/کاهش (RED/OX)48° 2-5) کاربرد معادله Nernst در وابستگی پتانسیل RedOx به غلظت50° 2-6) محاسبه پتانسیل های تعادلی الکترود51° 2-7) الکترود هیدروژن52° 2-8) الکترودهای فلز/نمک نامحلول/یون54° 2-9) الکترود کالومل56° 2-10) الکترود نقره/کلرید نقره57° 2-11) الکترود جیوه-سولفات جیوه59° 2-12) پتانسیل الکترود های استاندارد60° 2-13) غلظت و فعالیت62° 2-14) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل نقطه-بار63° 2-15) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل اندازه محدود یون65° 2-16) تصحیح Stokes-Robinson تئوری Debye-Hückel تاثیر اثر متقابل یون-حلال66فصل سوم :مدلسازی ریاضی پیل سوختی میکروبیوژیکی683-1) ساختار کلی MFC مورد نظر برای مدلسازی693-2) توسعه مدل693-3) سرعت واکنش ها713-4) حل مسئله783-5) محاسبه پارامترها783-6) بحث و نتیجه گیری83فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات84 منابع و ماخذ86فهرست منابع فارسي86فهرست منابع لاتين87سايت هاي اطلاع رساني97چكيده انگليسي98 فهرست جدول ها 1-1: میکروب ها و سوبسترا هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند91-2: اجزای اساسی تشکیل دهنده پیل سوختی میکروبی131-3: واکنش هایی که در سطح الکترودها رخ می دهند و پتانسیل احیاء آن ها242-1: پتانسیل الکترودهای استاندارد61فهرست شكلها 1-1: نمای شماتیک یک پیل سوختی میکروبی51-2: انتقال الکترون در ماتریس میان سلولی به آند101-3: فرآیندهای بنیادی که در فرآیند انتقال الکترون ها به آند نقش دارند111-4: شماتیک پنج نمونه MFC دو محفظه ای141-5: شماتیک پیل ساخته شده توسط Min و Logan در سال 2004161-6: شماتیک نمونه های دیگری از پیل سوختی میکروبی171-7: شماتیک پیل سوختی ساخته شده توسط Liu و همکارانش در سال 2004191-8: شماتیک دو نمونه پیل سوختی میکروبی از نوع Upflow201-9: شماتیک یک نمونه MFC انباشته212-1: تصویر شماتیک یک پیل الکتروشیمیایی432-2: اختلاف پتانسیل تماس بین دو هادی غیر همجنس؛ EF سطح442-3: سیستم اکسایش/کاهش Fe3+/Fe2+492-4: نمای شماتیک الکترود هیدروژن532-5: نمای شماتیک الکترود کالومل اشباع (SCE)572-6: الکترود نقره-کلرید نقره582-7: پتانسیل الکترودهای مرجع در °C25602-8: پتانسیل استاندارد نسبی، E°، الکترود Cu/Cu2+612-9: یک الکترود با پتانسیل کمتر همواره یون های الکترود دیگر با پتانسیل بیشتر را احیاء خواهد کرد622-10: منحنی تغییر ضریب فعالیت γ± با √mol/L در دمای °C25642-11: منحنی مقایسه ضرایب فعالیت تجربی با مقادیر تئوری با استفاده از تصحیح هیدراسیون673-1: نمای شماتیک محفظه آند و لایه کرزی مبادله جرم703-2: تغییرات غلظت سوبسترا و ماده واسط در شرایط استاندارد793-3: تغییرات شدت جریان با زمان793-4: تغییرات مقدار بار تولید شده با زمان793-5: منحنی مدل سازی شده شدت جریان با زمان در شرایط ایده آل YQ=1 و شرایط تجربی YQ=0.337803-6: منحنی مدل سازی شده مقدار بار تولید شده با زمان در شرایط ایده آل YQ=1 و شرایط تجربی YQ=0.337813-7: منحنی مدل سازی شده ولتاژ با شدت جریان در شرایط استاندارد، میزان تبادل شدت جریان زیاد i0,ref=0.01 A/m2 و مقاوت زیاد در شدت انتقال جرم LL=100m823-8: منحنی مدل سازی شده توان تولید شده با شدت جریان در شرایط استاندارد، میزان تبادل شدت جریان زیاد i0,ref=0.01 A/m2 و مقاوت زیاد در شدت انتقال جرم LL=100m82
مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلاب
عنوان تحقیق: مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلابفرمت فایل: wordتعداد صفحات: 104شرح مختصر:پیل های سوختی میکروبیولوژیکی (MFC) به عنوان یکی پتانسیل های مهم در تامین انرژی پاک و تجدید پذیر آینده مطرح می باشند. MFC ها علاوه بر تامین انرژی از نوع الکتریکی که در میان سایر انواع انرژی ها، پرکاربرد ترین و انعطاف پذیر ترین می باشد، نه تنها کوچکترین آلودگی برای محیط زیست ایجاد نمی کنند بلکه در تصفیه و از بین بردن آلودگی های زیست محیطی از قبیل فاضلاب شهری و شیرابه حاصل از پسماندهای جامد شهری تاثیر بسزایی دارند. فصل اول این تحقیق مروری است بر تکنولوژی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی. فصل دوم به مباحث فنی و مبانی ریاضی پیل های سوختی از بدو تا به امروز می پردازد که پایه و اساس مدل ارائه شده در فصل سوم می باشد. در فصل سوم، با بررسی دقیق تر کارهای ارائه شده توسط محقیقن مختلف و استفاده از فرضیات و همچنین داده های تجربی ارائه شده در مقالات مختلف، مدلی مناسب برای پیل سوختی میکروبیولوژیکی دو محفظه ای (Double Chamber) ارائه شده است که با استفاده از این مدل، نمودارهای مختلف مربوط به توان، شدت جریان و اختلاف پتانسیل حاصل از این نوع پیل سوختی ترسیم شده است. فصل چهارم به ارائه نتیجه گیری کلی در زمینه پیل های سوختی میکروبیولوژیکی و مدلسازی ریاضی آن ها می پردازد.فهرست مطالبچكيده1مقدمه2فصل اول : درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی31-1) مفاهیم41-2) مروری بر واسط های حمل الکترون در MFC ها71-3) میکروب هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند81-4) پیکربندی پیل های سوختی میکروبی121-4-1) اجزای MFC121-4-2) سیستمهای MFC دو جزئی131-4-3) سیستمهای MFC تک جزئی161-4-4) سیستمهای MFC نوع Up-flow191-4-5) پیل سوختی میکروبی انباشته (stacked)211-5) عملکرد MFC ها221-5-1) عملکرد ایده آل221-5-2) بازدهی واقعی MFC241-5-3) تاثیر شرایط عملیاتی261-5-4) تاثیر جنس الکترودها271-5-5) بافر pH و الکترولیت291-5-6) سیستم مبادله پروتون301-5-7) شرایط عملیاتی در محفظه آند311-5-8) شرایط عملیاتی در محفظه کاتد321-6) کاربردها341-6-1) تولید الکتریسیته341-6-2) بیوهیدروژن (Biohydrogen)361-6-3) تصفیه فاضلاب371-6-4) سنسورهای بیولوژیکی (Biosensors)381-7) چشم انداز MFC ها39فصل دوم : مباحث فنی پیل های سوختی41° 2-1) ولتاژ پیل و پتانسیل الکترود ها42° 2-2) وابستگی ولتاژ پیل تعادلی به غلظت: معادله عمومی Nernst44° 2-3) پتانسیل های فلز/یون فلزی (+M/Mz)46° 2-4) پتانسیل های اکسایش/کاهش (RED/OX)48° 2-5) کاربرد معادله Nernst در وابستگی پتانسیل RedOx به غلظت50° 2-6) محاسبه پتانسیل های تعادلی الکترود51° 2-7) الکترود هیدروژن52° 2-8) الکترودهای فلز/نمک نامحلول/یون54° 2-9) الکترود کالومل56° 2-10) الکترود نقره/کلرید نقره57° 2-11) الکترود جیوه-سولفات جیوه59° 2-12) پتانسیل الکترود های استاندارد60° 2-13) غلظت و فعالیت62° 2-14) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل نقطه-بار63° 2-15) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل اندازه محدود یون65° 2-16) تصحیح Stokes-Robinson تئوری Debye-Hückel تاثیر اثر متقابل یون-حلال66فصل سوم :مدلسازی ریاضی پیل سوختی میکروبیوژیکی683-1) ساختار کلی MFC مورد نظر برای مدلسازی693-2) توسعه مدل693-3) سرعت واکنش ها713-4) حل مسئله783-5) محاسبه پارامترها783-6) بحث و نتیجه گیری83فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات84 منابع و ماخذ86فهرست منابع فارسي86فهرست منابع لاتين87سايت هاي اطلاع رساني97چكيده انگليسي98 فهرست جدول ها 1-1: میکروب ها و سوبسترا هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند91-2: اجزای اساسی تشکیل دهنده پیل سوختی میکروبی131-3: واکنش هایی که در سطح الکترودها رخ می دهند و پتانسیل احیاء آن ها242-1: پتانسیل الکترودهای استاندارد61فهرست شكلها 1-1: نمای شماتیک یک پیل سوختی میکروبی51-2: انتقال الکترون در ماتریس میان سلولی به آند101-3: فرآیندهای بنیادی که در فرآیند انتقال الکترون ها به آند نقش دارند111-4: شماتیک پنج نمونه MFC دو محفظه ای141-5: شماتیک پیل ساخته شده توسط Min و Logan در سال 2004161-6: شماتیک نمونه های دیگری از پیل سوختی میکروبی171-7: شماتیک پیل سوختی ساخته شده توسط Liu و همکارانش در سال 2004191-8: شماتیک دو نمونه پیل سوختی میکروبی از نوع Upflow201-9: شماتیک یک نمونه MFC انباشته212-1: تصویر شماتیک یک پیل الکتروشیمیایی432-2: اختلاف پتانسیل تماس بین دو هادی غیر همجنس؛ EF سطح442-3: سیستم اکسایش/کاهش Fe3+/Fe2+492-4: نمای شماتیک الکترود هیدروژن532-5: نمای شماتیک الکترود کالومل اشباع (SCE)572-6: الکترود نقره-کلرید نقره582-7: پتانسیل الکترودهای مرجع در °C25602-8: پتانسیل استاندارد نسبی، E°، الکترود Cu/Cu2+612-9: یک الکترود با پتانسیل کمتر همواره یون های الکترود دیگر با پتانسیل بیشتر را احیاء خواهد کرد622-10: منحنی تغییر ضریب فعالیت γ± با √mol/L در دمای °C25642-11: منحنی مقایسه ضرایب فعالیت تجربی با مقادیر تئوری با استفاده از تصحیح هیدراسیون673-1: نمای شماتیک محفظه آند و لایه کرزی مبادله جرم703-2: تغییرات غلظت سوبسترا و ماده واسط در شرایط استاندارد793-3: تغییرات شدت جریان با زمان793-4: تغییرات مقدار بار تولید شده با زمان793-5: منحنی مدل سازی شده شدت جریان با زمان در شرایط ایده آل YQ=1 و شرایط تجربی YQ=0.337803-6: منحنی مدل سازی شده مقدار بار تولید شده با زمان در شرایط ایده آل YQ=1 و شرایط تجربی YQ=0.337813-7: منحنی مدل سازی شده ولتاژ با شدت جریان در شرایط استاندارد، میزان تبادل شدت جریان زیاد i0,ref=0.01 A/m2 و مقاوت زیاد در شدت انتقال جرم LL=100m823-8: منحنی مدل سازی شده توان تولید شده با شدت جریان در شرایط استاندارد، میزان تبادل شدت جریان زیاد i0,ref=0.01 A/m2 و مقاوت زیاد در شدت انتقال جرم LL=100m82