متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی شیمی

گرایش : محیط زیست 

عنوان : مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلاب

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

 پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

 مهندسی شیمی – محیط زیست

 عنوان:

مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلاب

استاد راهنما :

 دکتر لیلا وفاجو

استاد مشاور :

 دکتر محمد کاظمینی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه

                                                                                                      

چكیده 1
مقدمه 2
فصل اول : درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی 3
1-1)         مفاهیم 4
1-2)         مروری بر واسط های حمل الکترون در MFC ها 7
1-3)         میکروب هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند 8
1-4)        پیکربندی پیل های سوختی میکروبی 12
1-4-1)              اجزای MFC 12
1-4-2)              سیستمهای MFC دو جزئی 13
1-4-3)              سیستمهای MFC تک جزئی 16
1-4-4)      سیستمهای MFC نوع Up-flow 19
1-4-5)      پیل سوختی میکروبی انباشته (stacked) 21
1-5)        عملکرد MFC ها 22
1-5-1) عملکرد ایده آل 22
1-5-2) بازدهی واقعی MFC 24
1-5-3) تاثیر شرایط عملیاتی 26
1-5-4) تاثیر جنس الکترودها 27
1-5-5) بافر pH و الکترولیت 29
1-5-6) سیستم مبادله پروتون 30
1-5-7) شرایط عملیاتی در محفظه آند 31
1-5-8) شرایط عملیاتی در محفظه کاتد 32
1-6)        کاربردها 34
1-6-1) تولید الکتریسیته 34
1-6-2) بیوهیدروژن (Biohydrogen) 36
1-6-3) تصفیه فاضلاب 37
1-6-4) سنسورهای بیولوژیکی (Biosensors) 38
1-7)        چشم انداز MFC ها 39
فصل دوم : مباحث فنی پیل های سوختی 41
°      2-1) ولتاژ پیل و پتانسیل الکترود ها 42
°      2-2) وابستگی ولتاژ پیل تعادلی به غلظت: معادله عمومی Nernst 44
°      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 غلظت 50
°      2-6) محاسبه پتانسیل های تعادلی الکترود 51
°      2-7) الکترود هیدروژن 52
°      2-8) الکترودهای فلز/نمک نامحلول/یون 54
°      2-9) الکترود کالومل 56
°      2-10) الکترود نقره/کلرید نقره 57
°      2-11) الکترود جیوه-سولفات جیوه 59
°      2-12) پتانسیل الکترود های استاندارد 60
°      2-13) غلظت و فعالیت 62
°      2-14) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل نقطه-بار 63
°      2-15) تئوری ضریب فعالیت Debye-Hückel: مدل اندازه محدود یون 65
°      2-16) تصحیح Stokes-Robinson تئوری Debye-Hückel تاثیر اثر متقابل یون-حلال 66
فصل سوم : مدلسازی ریاضی پیل سوختی میکروبیوژیکی 68
3-1) ساختار کلی MFC مورد نظر برای مدلسازی 69
3-2) توسعه مدل 69
3-3) سرعت واکنش ها 71
3-4) حل مسئله 78
3-5) محاسبه پارامترها 78
3-6) بحث و نتیجه گیری 83
فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات 84

چکیده:

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 بهره گرفتن 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.

مقدمه:

 با پشت سر گذاشتن عصر صنعتی و ورود به عصر اطلاعات، استفاده بی رویه بشر از منابع سوخت های فسیلی و تجدید ناپذیر در توسعه و پیشرفت صنعت طی دهه های اخیر، زندگی انسان های امروزی را با تهدیدات جدی زیست محیطی مواجه ساخته است به طوریکه تغییرات اقلیمی نه به عنوان یک چالش منطقه ای بلکه به عنوان یک مسئله جهانی مطرح است. تشکیل مجماع، کُمیسیون ها و تشکل های جهانی و تصویب قوانین، کنوانسیون ها و پروتوکل های مختلف در سطح جهانی مثل پیمان کیوتو و کنوانسیون بازل و همچنین تعریف پروژه هایی مثل پروژه های مکانیسم توسعه پاک (CDM) همگی گواه بر اهمیت این موضوع می باشند. علاوه بر این، خبر رو به پایان بودن منابع نفتی دنیا تا 30 الی 40 سال آینده، کشورهای مختلف را بر این داشته است که به طور جدی به دنبال منابع تجدید پذیر و جایگزین باشند تا بتوانند امنیت انرژی خود را در آینده تامین نمایند.

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.

در حال حاضر، تکنولوژی MFC ها به دلیل راندمان پایین هنوز به تولید تجاری و انبوه نرسیده است. با تجاری شدن این صنعت، موضوع فاضلاب شهری نه تنها به عنوان یک مشکل بلکه به عنوان یک منبع تامین انرژی پاک مطرح خواهد بود به این دلیل که فاضلاب شهری منبع غنی میکروارگانیسم های مورد استفاده در پیل های سوختی میکروبیولوژیکی می باشد.

مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبی این امکان را فراهم می سازد که محققین با تغییر پارامترهای تاثیرگذار بر راندمان پیل های سوختی میکروبیولوژیکی و بدون انجام آزمایشات متعدد و زمان بر بتوانند تغییرات حاصل در توان تولید شده را پیش بینی نموده و به اصلاح طرح خود بپردازند. در این تحقیق سعی شده است مدلی مناسب برای پیش بینی چنین تغییراتی ارائه شود.

 

درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی

فصل اول : درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی

  • مفاهیم

پیل سوختی میکروبی به راکتوری اطلاق می شود که انرژی شیمیایی ذخیره شده در پیوندهای شیمیایی ترکیبات آلی را از طریق واکنش های کاتالیستی میکروارگانیسم ها و تحت شرایط بی هوازی به انرژی الکتریکی تبدیل کند. سالهاست که دانشمندان به این موضوع پی برده اند که می توان مستقیما” و با بهره گرفتن از باکتری ها، مواد آلی را تجزیه کرد و الکتریسیته تولید نمود. در تصفیه فاضلاب نیز می توان از MFC ها برای تجزیه مواد آلی استفاده نمود. علاوه براین، طی مقالاتی سعی شده که از MFC ها به عنوان سنسورهای بیولوژیکی از قبیل سنسورهای نمایشگر BOD استفاده شود. توان خروجی و بازدهی کلمب در MFC ها تحت تاثیر عواملی نظیر: نوع میکروبهای موجود در سلول آند، پیکربندی MFC و شرایط عملیاتی می باشد. در حال حاضر کاربرد های عملی MFC ها محدود می باشد زیرا میزان توان خروجی آنها پایین و در حد چند هزار میلی وات بر مترمربع (mW/m2) می باشد. دانشمندان در تلاشند تا عملکرد MFC ها را بهبود بخشیده و هزینه های ساخت و عملیاتی آنها را کاهش دهند. مقاله حاضر در تلاش است تا مروری کلی بر پیشرفت های اخیر در مطالعه و پیشبرد MFC ها داشته و بیشتر، پیکربندی و بازدهی MFC ها تشریح شده است.

افزایش روزافزون استفاده بی رویه از سوخت های فسیلی، جهان را با بحران انرژی ماجه ساخته است. انرژی تجدیدپذیر بیولوژیکی یکی از گزینه های مناسب برای جبران بخشی لز نیاز جوامع بشری به انرژی می باشد. اخیرا”، مطالعات زیادی برای توسعه روش های مختلف تولید انرژی انجام می گردد. در این میان، تولید الکتریسیته از منابع تجدیدپذیر که دی اکسیدکربن به محیط انتشار نمی کند بیش از هر روش دیگری مورد توجه است (Lovley، 2006، Davis و Hingson، 2007). اخیرا”، تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی، MFCها، که انرژی ذخیره شده در پیوندهای ترکیبات آلی را از طریق واکنشهای کاتالیستی توسط میکروارگانیسم ها به انرژی الکتریکی تبدیل می کند مورد توجه ویژه ای واقع شده است (Allen و Bennetto، 1993؛ Gil و همکارانش، 2003؛ Moon و همکارانش، 2006؛ Choi و همکارانش، 2003).

تعداد صفحه : 111

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.