螺旋藻藻胆蛋白的提取及其对太阳能电池光阳极的敏化研究

【摘要】： 本论文综述了螺旋藻、藻胆蛋白和染料敏化TiO2太阳能电池的结构、基本原理及其发展概况,在此基础上重点研究了螺旋藻的培养、藻胆蛋白的提取及其对染料敏化太阳能电池光阳极的敏化作用。 首先采用Z氏培养基对所购螺旋藻种进行实验室扩大培养,观察了其生长情况,并通过定期监测,绘制了生物量-时间曲线。在此基础上,探索了以废水、海水为营养源进行混合培养的方法,得到了最佳废水/海水混合配比,这种方法培养的螺旋藻为藻胆蛋白的大量提取提供了廉价原料,并净化了废水。 主要采用溶胀法提取藻胆蛋白,以正交实验考察了提取温度、提取时间和溶胀加水量这三个主要因素对藻胆蛋白提取效果的影响。结果表明,最佳提取温度为35℃、提取时间为6天、加水量为2.868ml/mg干藻。 以钛酸四正丁酯、乙醇、二乙醇胺、聚乙二醇和去离子水等为原料,采用溶胶-凝胶法在导电玻璃上涂制TiO2薄膜,并用藻胆蛋白使其敏化,制备得到染料敏化TiO2光阳极。通过正交实验,考察了蛋白浓度、敏化温度和敏化时间对藻胆蛋白敏化TiO2薄膜效果的影响。结果表明,最佳敏化条件为蛋白浓度308.94μg/ml,敏化温度15℃,敏化时间40min。其中主要影响因素为蛋白浓度。 在导电玻璃上通过干石墨涂覆法制得了对电极,以I和KI的饱和乙腈溶液为电解质,与染料敏化TiO2光阳极组装成电池,测试相应敏化光阳极和电池的性能,研究光阳极敏化效果对电池性能的影响,并考察了分别在硝酸镧和硝酸钆溶液中藻胆蛋白的敏化效果,结果表明金属离子的掺杂可明显提高电池的光电压。 【关键词】：螺旋藻 藻胆蛋白 提取 敏化 光阳极 太阳能电池
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及内容11-12
• 1.2 螺旋藻12-14
• 1.2.1 螺旋藻的生物特性13
• 1.2.2 螺旋藻主要成分13-14
• 1.2.3 螺旋藻的培养方法14
• 1.3 藻胆蛋白14-17
• 1.3.1 藻胆蛋白的结构和性质15
• 1.3.2 藻胆蛋白的提取和纯化方法15-16
• 1.3.3 藻胆蛋白的应用16-17
• 1.4 染料敏化太阳能电池17-22
• 1.4.1 太阳能电池概述17-18
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理18-19
• 1.4.3 影响DSSC 性能的主要因素19-21
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池的研究现状和发展前景21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第2章 Z 氏法螺旋藻培养23-31
• 2.1 实验仪器与药品23-24
• 2.1.1 实验仪器23
• 2.1.2 实验药品23-24
• 2.2 螺旋藻的Z 氏培养方法24-27
• 2.2.1 Z 氏培养基溶液的配制24-26
• 2.2.2 培养基溶液与培养器的灭菌26
• 2.2.3 接种26
• 2.2.4 光照培养26-27
• 2.2.5 螺旋藻生长量的测定27
• 2.3 实验结果与讨论27-30
• 2.3.1 对Z 氏培养基制备过程的探讨27-28
• 2.3.2 对螺旋藻光照培养过程的探讨28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 废水-海水混合基螺旋藻培养31-39
• 3.1 实验仪器与药品31
• 3.2 废水-海水混合培养方法31-32
• 3.2.1 废水-海水混合比例的初选方法31-32
• 3.2.2 废水/海水最佳混合比例的确定方法32
• 3.3 培养基中螺旋藻生物量及基质含量的测定方法32-34
• 3.4 实验结果与讨论34-38
• 3.4.1 废水-海水混合比例的选取34-36
• 3.4.2 螺旋藻生物量及培养基质的含量36-37
• 3.4.3 混合培养基的最佳废水/海水比例37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 藻胆蛋白的提取39-48
• 4.1 实验仪器与药品39
• 4.2 藻胆蛋白的提取方法39-40
• 4.3 藻胆蛋白浓度检测方法40
• 4.4 藻胆蛋白的大量提取与浓缩40-41
• 4.5 实验结果与讨论41-47
• 4.5.1 藻胆蛋白的浓度与吸光度的标准曲线41
• 4.5.2 藻胆蛋白提取的影响因素分析41-45
• 4.5.3 藻胆蛋白提取的最佳条件45-46
• 4.5.4 藻胆蛋白的光谱特性46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 藻胆蛋白对TiO_2光阳极的敏化48-57
• 5.1 实验仪器与药品48
• 5.1.1 实验仪器48
• 5.1.2 实验药品48
• 5.2 TiO_2 薄膜光阳极的制备方法48-49
• 5.2.1 Ti02 溶胶-凝胶的制备48-49
• 5.2.2 Ti02 薄膜的拉制与焙烧49
• 5.3 藻胆蛋白对TiO_2 薄膜光阳极的敏化方法49-50
• 5.4 实验结果与讨论50-56
• 5.4.1 Ti02 薄膜的制备和表征结果50-52
• 5.4.2 藻胆蛋白敏化Ti02 薄膜光阳极的影响因素分析52-56
• 5.4.3 藻胆蛋白敏化Ti02 薄膜光阳极的最佳条件56
• 5.5 本章小结56-57
• 第6章 染料敏化太阳能电池的制作与性能57-66
• 6.1 实验仪器与药品57
• 6.2 电解质溶液的配制57
• 6.3 对电极的制作57-58
• 6.4 DSSC 的组装58
• 6.5 DSSC 的性能检测58-59
• 6.6 实验结果与讨论59-65
• 6.6.1 蛋白上染率对电池开路电压和短路电流等参数的影响59-62
• 6.6.2 藻胆蛋白与菁染料复合敏化光阳极对电池性能的影响62-63
• 6.6.3 敏化过程中金属离子的掺杂对电池性能的影响63
• 6.6.4 DSSC 的放电性能初探63-65
• 6.7 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

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