前言：中文期刊网精心挑选了生物燃料的优缺点范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
生物燃料的优缺点范文1
关键词：火力发电厂烟气脱硝施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、国内火力发电厂脱硝技术的重要意义
随着社会经济的快速稳定发展，我国大气污染物排放不断增加，由此引发了一系列环境污染问题，部分地区的环境质量有恶化趋势，环境形势不容乐观，如果不采取有效措施，将严重影响到我国的经济和社会的健康发展。以氮氧化物等为主的区域性酸雨污染严重，61. 8%的南方城市出现酸雨，酸雨面积占国土面积的30%，是世界三大酸雨区之一。火电厂锅炉烟气N0等污染物排放控制是国家整个减排工作的重点。国内新建300MW及以上机组，均同步进行脱硝建设，对于环境保护有了很大改善。但是国内很多供热机组，化工、钢铁等行业的自备电厂在氮氧化物的排放控制方面仍有待提高。这些机组容量普遍在300MW以下，由于其并非纯凝机组，在综合能耗方面有一定的优势，在未来很长一段时间内仍需运行。但随着国家环保标准的进一步提高，这一部分机组将逐渐面临脱硝改造的问题。环境污染己是工业发展的一个制约因素，必须解决和环境的协调发展问题，才能真正促进经济的繁荣，造福于社会。因此，火力发电厂的脱硝技改具有重要意义。
二、目前脱硝技术发展现状
目前，我国的烟气脱硝技术中有低NOx燃烧技术，这种技术也能够降低氮氧化物的排放量，这种技术存在的问题是低氮燃烧技术要用到炉膛燃烧，炉膛燃烧存在一定的不安全的因素，且效率也不高，这就是该技术存在的局限性，烟气处理技术有多种，其中效率低较低且净化效果较差的是液体吸收法，这种脱硝技术较其他的技术相比，还是不可取的;另外的一种处理方法是吸附法，这种方法脱硝的效率很高，但吸附量不是很大，且这种方法用到的设备很大，在应用上难以被广泛利用;脉冲电晕法既可以脱硫也可以脱硝，但这种技术需要实现高压脉冲电源的大功率且窄脉冲，且使用的期限也不会太长;还有一些技术如电子束法脱硝法、液膜法、微生物法，前一种方法可以同时脱硫脱硝，但该方法能耗较高，在应用上还需实践检验。就目前来看,SCR技术在脱硝方面是最为成熟的，在国外，很多大型的电站都采用这种技术，但这种技术的成本过高且寿命不够长，在我国，发电厂已经开始实施SCR技术，因此我国在技术应该克服这此缺点，并且在各火力发电场中广泛的应用
三、国内火力发电厂脱硝技术现状以及性能比较
燃煤电厂锅炉NOx的控制方法有很多种，归纳起来分别是在燃烧前、燃烧中或燃烧后处理。当前有关燃烧前脱氮的研究很少，几乎所有研究和应用都集中在燃烧中和燃烧后对NOx的处理。目前，各国对燃烧设备的NOx污染排放控制主要从两方面着手:采用改进工艺和设备、改进燃烧以减少和抑制NOx生成量的低NOx燃烧技术和尾部排气脱硝技术。
（一）低氮燃烧技术
低氮燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。在对NOx少一半以上的NOx、后再进行烟气脱硝，以降低脱硝装置入口的NOx浓度，减少投资和运行费用。燃煤电厂常用的低氮燃烧技术主要有以下几种:
（1）低过量空气燃烧
这是一种优化装置燃烧、降低氮氧化物生产量的简单方法。它不需要对燃烧装置做结构改造，并有可能在降低NOx排放的同时，提高装置运行的经济型。
（2）低氮燃烧器
低氮燃烧器的特点是在燃烧器出口实现分级送风并与燃料合理配比，达到抑制NOx生成的目的。低氮燃烧器的设计用于控制燃烧器附近燃料和空气的混合及理论空气量，以阻止燃料氮向NOx的转化和生产热力型NOx，同时又要保持较高的燃烧效率。
（3）空气分级燃烧
传统的燃烧方式是将所有的煤粉和空气都通过燃烧器送入炉膛一起燃烧，这样煤粉与空气充分混合，燃烧强度大，燃烧温度高，但由此产生的氮氧化物也很高。而空气分级燃烧技术是通过控制空气与煤粉的混合过程，将燃烧所需要空气逐级送入燃烧火焰中，以此实现煤粉颗粒在燃烧初期的低氧燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。空气分级燃烧技术分为垂直分级和水平分级。
（4）燃料分级燃烧
燃料分级燃烧的特点是将燃烧分为三个区域:主燃烧区、再燃烧区和燃尽区。主燃烧区是氧化性或弱还原性气氛，该区域内主燃料在欠氧或弱还原性环境下燃烧，产生NOx再燃烧区，将二次燃料送入炉内，使其呈还原性气氛，将主燃烧区生产的NOx还原成N2，该区域也称为还原区域。在还原区上方，送入少量空气使再燃燃料燃烧完全，该区域称为燃尽区。
（5）烟气再循环技术
利用烟气所具有的低氧以及温度较低的特点，从省煤器出口抽出部分烟气，加入到二次风或一次风中，将烟气再循环喷入炉膛合适的部位，降低局部温度及形成局部还原性气氛，从而抑制NOx的生成。
（二）烟气脱硝技术
烟气脱硝是目前世界上发达国家普遍采用的降低氮氧化物排放的方法，烟气脱硝能达到很高的NOx脱除效率。
（1）选择性催化还原技术
选择性催化还原技术(SCR)是指在催化剂的作用下，以NH3为还原剂，有选择性地与烟气中的NOx反应并生产无毒无污染的N2和H20 。SCR技术是目前世界上应用最多，最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。SCR技术对锅炉烟气NOX控制效果十分显著，占地面积小、技术成熟，易于操作。但是，SCR技术消耗NH3和催化剂，存在运行成本高、设备投资大的缺点。
（2）选择性非催化还原烟气技术
选择性非催化还原技术(SNCR)是一种不用催化剂，在850℃ -1100℃范围内还原NOx的方法。还原剂常用氨或尿素，还原剂迅速热分解，和烟气中的NOx反应，迅速生产N2和H20。
SNCR与SCR相比运行费用低，初投资较小，但是存在还原剂耗量大、NOx脱除效率低等缺点，温度窗口的选择和控制也比较困难。同时，不同的锅炉形式和负荷状态需要采用不同的工艺设计和控制策略，设计难度也较大。
（3）SNCR/SCR联合烟气脱硝技术
SNCR/SCR联合烟气脱硝技术结合了两者优势，将SNCR工艺的还原剂喷入炉膛，用SCR工艺使逸出的NH3和未脱除的NOx进行催化还原反应。典型的联合装置能脱除84%的NOx，但是应当注意的是，总的投资成本和运行费用并不一定由于联合工艺的采用而降低。烟气脱硝工艺的选择应根据具体的锅炉型式和负荷、烟气条件和NOx浓度、需要达到的效率、还原剂供给条件、场地条件、预热器和电除尘器情况、SCR装置特点等因素综合考虑，以达到
（4）其他烟气脱硝技术
液体吸收法:又称湿法烟气脱硝，主要包括水吸收法、酸性吸收法、碱中和吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法等。
微生物吸收法:用微生物净化NOx的思路是建立在用微生物净化有机废气、臭气以及用微生物进行废水反硝化脱氮获得成功的基础上的。
活性炭吸附法:活性炭具有发达的微孔结构和较大的比表面积，对烟气中的NOx和SO2有较强的吸附能力，能同时实现脱硫、脱硝。
电子束法:在烟气进入反应器之前，注入接近化学计量的氨气，然后进入反应器，受高能电子束照射，烟气中的N2和O2和水蒸气等发生辐射反应，最后用静电除尘器收集气溶胶形式的硫酸按和硝酸按，净化后的烟气经烟囱排放。
（三）主要烟气脱硝工艺比较，见下图
四、烟气脱硝工程施工技术技术管理分析
（1）对于脱硝钢结构的主要施工技术：对脱硝钢结构来讲，其占用的吊装场地具有相当大的狭隘性，并且，当锅炉钢架完成安装过程后，吊装装置的高度变高，这使得吊装的难度在无形中又增加了许多，对钢架等部位的安装均要采用了大型散吊吊车来进行工程施工。在整个吊装的过程中，烟道、脱硝钢架以及护板等其他部件以同样规格进行吊装。
(2)对于催化剂模块的主要施工技术分析，催化剂的整个安装过程包括了密封装置、防堵装置、催化剂模块的安装。在催化剂的起吊过程中主要采用的是利用叉车将催化剂模块进行卸载，再用催化炉顶部的单轨吊协助反转车进行翻身行为。最后由催化炉顶部的单轨吊提升到其主要的安装平台上。当催化剂模块的安装完成后，根据防堵装置的示意图对堵灰板进行安装，切记，在进行催化剂进入拱门的过程中，要对催化剂模块是否己经完全密封进行严格的审查。
（3）脱硝牙烟道的主要施工技术分析，反应器的进出口烟道是经由省煤器出来后，再到的SCR反应器;而SCR的出口灰斗指的是SCR反应器进出口处的灰斗烟道;反应器进出口烟道部分是从SCR的进出口烟道出来后、经过工期预热器部分后再进入到除尘烟道后经过烟囱来进行废气排放;对于旁路烟道来讲，其最重要的作用之一就是可以对进出口处的烟子的温度进行有效的调解，这样可以有效的在对下有设备影响力的减小，以及对催化剂的保护方而有很大的裨益。
结语：综上所述，我国火力发电厂在烟气脱硝技术方面已经取得了很大的发展，并且还在不断的进行改进和优化，以减少对环境的污染，而且火力发电厂关系到我国经济的发展与建设，所以我们应该要加强烟气脱硝工程建设，熟悉烟气脱硝技术的优缺点，从而解决烟气脱销中遇到的实际问题。
参考文献
【1】苏永 火力发电厂烟气脱销技术研究【J】 热电技术 2009（06）
生物燃料的优缺点范文2
关键词：化工设备；清洗；质检
Abstract: With the development of science and technology, more and more chemical equipment, so the cleaning and maintenance of chemical equipment is more and more important, this paper firstly introduces the types of chemical cleaning of equipment, for example chemical cleaning equipment are analyzed, and lists the specific methods of cleaning quality inspection of chemical equipment.
Key words: chemical equipment; cleaning; quality inspection
中图分类号：F407.45
引言
化工设备所接触的介质在不同温度、压力等环境条件下，介质之间发生物理、化学或生物作用，常常会形成污染或覆盖层，如油垢、锈垢、灰垢、物料垢、生物垢和结焦等。清除这种污垢层使其恢复原来的表面状况的过程称为清洗。设备结垢轻则降低热效率增加燃料消耗，造成能源浪费，加剧污染，重则造成设备的损害事故，影响生产的正常进行，经济损失巨大。因此及时清理设备中的污垢，对确保管道的畅通，保障设备的正常运转，延长设备的使用寿命以及对生产过程的节能消耗意义重大。
一、清洗的种类介绍及优缺点分析
清洗分为在线清洗价和离线清洗两种
1.在线清洗：利用循环水系统中的凉水塔作为加药箱，往系统里面加药，进行自然循环。优点：设备不用停机，不影响正常生产使用。缺点：清洗效果相对于离线清洗来说不是很好。清洗时间长，对设备的腐蚀危害大等。
2.离线清洗又可以分为物理清洗和化学清洗。
（一）物理清洗：利用高压流水对设备进行清洗，需要高压清洗设备。
（二）化学清洗：把换热器单独拿出来，把循环水的进出口管路连接到清洗车上，进行循环。优点：减少了药剂的使用量，清洗效果好。缺点：需要相应的设备，如清洗车或者清洗水箱，高压泵，各种规格的连接阀门，电焊设备等。
化学清洗有酸洗和碱洗两种形式。碱洗：主要是为了清除设备内部的有机物、微生物、油污等附着物，如设备安装时的防锈剂等。碱洗还可以起到松化、松动、乳化及分散无机盐类的作用。常用清洗剂有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠等。酸洗：主要是为了清除无机盐类的沉积，如碳酸盐、硫酸盐、硅垢等。常用清洗剂有盐酸，硫酸，氢氟酸等有机酸。
二、针对化工设备清洗举例
对汽轮机的清洗，汽轮机在线化学清洗在热电厂汽轮机的维护工作中，使用汽轮机专用清洗剂，在不开缸情况下进行在线循环清洗。
经过清洗的汽轮机恢复运行后，达到了明显的节能效果。从实际清洗的20多台次的汽轮机的清洗效果看，在同等工况下，清洗后的运行参数，包括调门开度、排气压力、汽耗率等均达到了较为理想的状态。目前，已经应用汽轮机在线清洗技术清洗热电厂汽轮机20多台次。实践证明，该技术已突破传统的汽轮机清洗方法和观念，可以大大缩短检修时间，降低检修和清洗的劳动强度。由于清洗后可大大降低汽耗，因此持续经济效益明显，对机组的安全经济运行也十分有益。
循环冷却水系统不停车清洗化工生产中，各种高温流体，炼油厂中各种高温油、裂解气体，化工厂中的各种高温工艺气体，电厂发电后的低压蒸汽等均需要用冷却水冷却。通常冷却在换热器中完成，经过长时间的运行，设备、管道表面形成这样那样的污垢，影响换热，从而影响生产的正常进行。传统的方法是根据设备和生产的具体情况定期停车检修。停车检修会严重的影响生产，较好的办法是在不停车的情况下，对设备进行化学清洗。此次不停车化学清洗步骤为：泥剥离剂清洗一中性除油除锈剂清洗一脱盐水置换。
结果表明：清洗的腐蚀速率非常小，经过清洗，换热器的入口温度升高，设备产能得到明显提高。
三、对清洗产品的质检方法
1、化工产品质量检验的特点：（一）、种类多 （二）、性质不稳定 （三）、危险性高
检验的方法：按原理分——（一）、仪器分析法 （二）、化学分析法
按生产要求不同分类——（一）、快速分析法 （二）、标准分析法
采样：从被检的总体物中取得有代表性的样品的过程。
制备：粉碎——过筛——混匀——缩分
2、密度的测定（相对密度法、密度瓶法、韦氏天平法）
相对密度法：依据阿基米德原理优缺点：简单便捷、但准确度不高
密度瓶法：原理：体积相同的情况下，物体的密度之比等于其质量之比。
优缺点：测量结果准确，操作稍显复杂。
韦氏天平法：原理：分别测量水和被测试样“浮锤”的浮力，由游码的读数来计算出试样的相对密度。 优缺点：准确性较好，操作简单快捷。
3、水分的测定：
（一）、 烘干法
原理：一定温度下，将试样烘干至恒量，测定试样减少的质量。
（二）、卡尔•费休法
原理：在水存在时，即样品中的水与卡尔费休试剂中的SO2与I2产生氧化还原反应。I2 + SO2 + 2H2O2HI + H2SO4
（三）共沸蒸馏法
原理：把不溶于水的有机溶剂和样品放入水分蒸馏器中加热，收集馏出液，由水的体积而得到样品的水分含量。
优点：⑴ 热交换充分⑵ 受热后发生化学反应比较少⑶ 设备简单，管理方便
缺点： ⑴ 水与有机溶剂易发生乳化现象 ⑵ 样品中水分可能没有完全挥发出来 ⑶ 水分附在冷凝管壁上，造成读数误差。
（四）永停法
原理：在侵入溶液中的两铂电级间加一电压，若溶液中有水存在，则阴极极化，两电极之间无电流通过。滴定终点时，溶液中同时有碘及碘化物存在，阴极去极化，溶液导电，电流突然增加至一最大值并稳定1min以上，此时为终点。
4、粘度：液体流动时内摩擦力的大小的程度。
绝对黏度：流体两平行面相隔单位距离时产生单位相对速度所需的单位面积上的力，也称为动力粘度。
运动黏度：流体的绝对粘度与流体密度之比。
使用意义：一是评价油品流动性能的指标，二是可决定加工工艺条件，确定馏分的切割范围，及判断油的精制深度，三是喷气燃料油的重要指标之一，四是柴油的重要性质之一，五是油最重要的质量指标。
5、 闪点：可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪燃时的温度。
闪点的测定方法：闭口杯法和开口杯法（＜79℃）
6、燃点：可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而发生火焰能继续燃烧不少于5s时的温度。
燃点的测定方法：开口杯法
7、测硫酸：以甲基红-次甲基蓝为指示剂，用氢氧化钠标准溶液中和滴定，以测得硫酸含量。 由测得的硫酸含量换算成游离SO3含量。加入2~3滴甲基红-次甲基蓝混合指示剂，用NaOH标准溶液滴定至溶液呈灰绿色即为终点。
8、纯硫酸是一种无色透明的油状粘稠液体，其浓度以所含硫酸的质量分数来表示（SO3/H2O
9、聚合氯化铝的测定原理（络合滴定）：
酸水解聚合氯化铝，再用过量的EDTA络合Al3+，用二甲酚橙作指示剂，用乙酸锌标准溶液滴定过量的EDTA。
10、蒸馏后滴定（仲裁分析）：样品与强碱作用，经蒸馏后分解出氨，用过量硫酸标准溶液吸取氨，再以碱标准溶液返滴定过量酸至终点，依据酸碱两种标准溶液消耗的体积及浓度，计算样品含量。
11、甲醛法：中性溶液中，样品的铵盐与甲醛作用生成六次甲基四氨和相当于铵盐含量的酸，在指示剂存在下用氢氧化钠标准溶液滴定，根据消耗氢氧化钠标准溶液的浓度和体积，计算得到样品的含氮量。
结束语
从以上的介绍可知，化学设备清洗是一项谨慎仔细的工作，尤其是化工质检需要严格的按照工作流程，认真检验，才能实现清洗过程的高效、低成本与低污染等。化工设备清洗技术的应用不仅可提高企业的生产效率、同时还能带来巨大的经济效益和环境效益。所以，做好化工设备清洗检验工作尤为重要。
参考文献：
[1]俞晓慧，邱运仁．化工设备清洗技术进展[J]．广东化工，2005，(7)：28—30．
生物燃料的优缺点范文3
1、Altshuller和Darrell Mann专利考察模式
前苏联著名发明家G.S. Altshuller（G.S.阿奇舒勒）及其同事提出了TRIZ理论，其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。其中包含很多适用于技术创新的工具和方法，如：矛盾解决原理、物质场分析等。产品技术成熟度预测是TRIZ理论的一项重要研究内容。科研工作者和生产者可以通过对产品技术成熟度的预测，了解产品技术的进化过程，为进一步的科研、生产策略和计划制定提供参考，对技术发展具有重要意义。
本文采用的产品技术成熟度预测方法有以下两种：
（1）应用Altshuller专利考察模式进行产品技术成熟度预测：通过对大量专利的分析，Altshuller将专利分为五个等级，并发现了专利等级、专利数量和获利能力随技术系统生命周期的变化规律，这些规律和S曲线（产品进化过程曲线）一起被后来的技术预测专家用来进行产品技术成熟度预测。
（2）应用Darrell Mann专利考察模式进行产品技术成熟度预测：受Altshullar专利考察模式的启发，Darrell Mann根据专利的基本功能，重点考察了两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，得出了这两类专利的数量随技术系统生命周期的变化规律。据此进行产品技术成熟度预测，能够较快确定技术是否已经过了成熟期。
2、微生物燃料电池
微生物燃料电池（MFC）是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置，其基本原理是作为燃料的有机物在厌氧阳极室中被产电微生物氧化，产生电子与质子，其中电子被微生物捕获并传递给电池阳极，通过外电路到达阴极，形成回路产生电流。而质子通过隔膜到达阴极，与氧气及电子反应生成水。微生物燃料电池具有无污染、适用范围广泛等优点，目前已经成为治理污染、开发新能源方面的研究新热点。
目前针对MFC专利领域的研究主要为专利趋势分析、分类号研究及检索和专利申请状况分析，但是针对MFC产品技术成熟度预测的研究未见报道。
二、样本构成
1、检索数据库
使用的检索系统为CNABS。
2、检索关键词及主要分类号
关键词：微生物、燃料电池、MFC
主要分类号：分类号： C02F、H01M
3、检索结果
检索截止日为2012年11月30日，经过去除噪音及去除同样的发明创造后，共获取2000-2011年相关专利申请182篇，作为主要统计分析样本；2000年之前未见相关专利申请；2012年专利申请公开不完全，仅作为背景分析，不纳入统计分析样本。
三、微生物燃料电池专利的分级和分类
专利分级使用Altshuller发明的专利五级分级标准，通过全面阅读分析专利信息（权利要求书、说明书及附图、摘要）、确立标志性专利、纵向比较等步骤而得出具体的分级；专利分类中关注Darrell Mann的专利考察模式中重点考察的两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，确定每份专利或申请所属于的类别，最后统计数量，拟合曲线，与分级过程可同步进行。
1、专利信息分析与整理
在对微生物燃料电池进行分级和分类前，首先通过对专业背景资料和专利信息的阅读，对微生物燃料电池技术的发展有全面的了解，主要分析专利申请所要解决的技术问题，以及解决该问题所采取的技术手段。通过阅读分析，可以主观的了解技术的继承与发展脉络，为分级作准备。
在专利技术发展中，微生物燃料电池的技术改进主要为系统构型的改变、电极材料的改进、交换膜材料的变化及微生物的选用等。
微生物燃料电池在结构上可以分为单室MFC和双室MFC两种。典型的双室MFC由阳极室、质子交换膜和阴极室组成。单室MFC省去阴极室直接把质子膜固定在阴极上，阴极室暴露在空气中，空气中的氧气直接传递给阴极。二者各具有优缺点，在专利发展中发明人对MFC构型进行不断的调整，以克服在先技术的缺陷。例如申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池；申请号为20051008661.8（生物反应器——直接微生物燃料电池及其用途）的专利申请为双室结构的变形，即主要由筒状的阳极室、阴极室及将两室中间隔开的质子交换膜构成；申请号20071014496.5（一种管式升流式空气阴极微生物燃料电池）的专利，具备了微生物燃料电池构型的优点，并结合了上升流活性碳阳极和无膜空气阴极于一体的，可以使两电极间距离尽可能最小。
从MFC产电机理来看，阳极作为产电微生物附着的载体，不仅影响产电微生物的附着量，同时还影响电子从微生物向阳极的传递，因此早期很多研究都集中在阳极材料的选择和修饰上。阴极作为电子受体，主要是氧化态的物质，近年在专利申请中也较为常见。例如申请号为20071019540.5的专利提供了一种铁离子循环电极及其制备方法；申请号为20071019656.9的专利提供了一种含锰离子的微生物燃料电池阳极的制备方法；申请号为20091004092.0的专利公开了一种用于微生物燃料电池的布阴极组件及其制备方法，该布阴极组件包括防水透气层、布基材料层和导电催化层或者包括防水透气布和导电催化层；申请号为20101001927.1的专利中使用碳化镍钼作为微生物燃料电池阳极；申请号为20101022015.2（一种微型微生物燃料电池）的专利申请中的阳极为金丝微电极阵列，空气阴极为膜电极：质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。
膜材料在MFC中的应用主要为分离两极室中的电解液，同时使阳极室中的质子通过，其中质子交换膜被广泛使用。但出于成本的考虑，去膜和采用其他膜对质子交换膜进行取代成为专利申请的一个发展趋势，例如：申请号为20051011421.3（燃料电池用菌紫质质子交换膜的制备方法）的专利采用微生物作为燃料电池中质子交换膜，对环境不造成污染有效地降低了质子交换膜的生产成本；申请号为20081002795.3（一种微生物燃料电池及应用）的专利采用的膜材料为离子交换膜，具有与传统使用质子交换膜MFC相当甚至略高的输出功率与产电性能，能很好的替代传统使用质子交换膜MFC，并可降低微生物燃料电池成本。
微生物的选择影响着代谢通路，从而影响对有机质的去除和/或能量输出功率。在微生物的选用上，根据不同的发明目的有产气肠杆菌（申请号为20081002922.2）、海洋酵母（20091009798.8）、希瓦氏菌（申请号为20091014094.3和20091030567.7）、弗氏柠檬酸杆菌（20091019363.9）、蜡样芽孢杆菌（20111034751.2）等等。
此外，在应用的领域上，除了传统的用于发电和废水处理的微生物燃料电池之外，该技术扩展到其它的广大领域中，例如：申请号为20061003825.2（一种生态厕所）的专利申请利用微生物燃料电池理论，设计了粪便-微生物-质子膜-电极构成的“粪便电池”；申请号为20091009346.8的专利申请公开了一种面向植入式医疗设备供电的微生物燃料电池系统，该系统设置在人体的横结肠中，利用肠道微生物和内容物产电，可为植入式医疗设备提供能源；申请号为20101014660.4（微生物燃料电池及安有该电池的发电装置）的专利申请公开了一种安有微生物燃料电池的发电装置在稻田进行微生物发电中的应用；申请号为20111008632.6的专利申请中的微生物燃料电池能降解挥发性有机物，在处理挥发性有机废气的同时实现电能的回收。
2、分级
Altshuller的专利五级分级标准，具体如表1所示：
经过对专利信息的阅读分析后，确立了标志性专利：申请号为00810805（一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池）的专利为首个进入中国的微生物燃料电池申请，至少用到微生物、电池、废水处理三个领域的知识，采用交叉学科解决了产电的同时能够进行污水处理的的技术问题，创造了一种新的系统（仅在专利领域考虑）。作为首个标志性的专利，在专利等级分析时，定级较高，为4级；申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池，无须外加动力来提高阴极表面的氧气含量，无须投加电子转移介体，并且阳极池无需氮气吹脱就能较好地维持厌氧状态，使系统发生了质变，经过综合考虑，在专利等级分析时，定为3级。
对于其余的专利或申请进行分级，也要经过纵向比较，分析其所要解决的技术问题及采用的技术手段，根据分类标准来定级，例如：申请号为20061014499.1（可堆叠式单室微生物燃料电池）的专利公开了一种可堆叠式单室微生物燃料电池，这种构型虽然是首次出现，但是为通过数量的叠加来提高产电能力，量的变化更为明显，在Altshuller的专利考察模式中通常将这类专利定为一级。当然，如果专利中出现其他的技术特征，协同使得该专利较之前的专利申请有质的改变，分级可以再考虑；申请号为20091004203.8（一种微生物燃料电池及其制备方法和应用）的专利将微生物燃料电池及电芬顿有效的结合起来，使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20091007803.6（一种用于同步产电脱盐的污水处理工艺及装置）的专利利用微生物燃料电池的内电流在处理污水、产电的同时脱盐。使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20101022182.0（一种植物——土壤微生物燃料电池系统）的专利申请中，使阳极电极置于植物根部周围的土壤内，阴极电极置于土壤表面。主要以植物光合作用生产并释放到根部的有机质为燃料，避免了产电微生物以污水中有机质为燃料时，有机质对产电微生物的抑制作用，从而导致产电效率低的问题。系统发生变化，用到了全行业的知识，定位2级。
经过对分析样本的全面阅读与分析后，最终将微生物燃料电池专利信息整理汇总如表2所示：
四、微生物燃料电池产品技术成熟度预测
1、Altshullar专利考察模式
根据表2内容，绘制专利数量统计曲线和专利等级统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图1、图2所示。
统计曲线拐点位置与标准曲线对应的拐点位置如箭头所示。根据曲线拐点可以预测，微生物燃料电池产品技术目前已结束婴儿期，处于快速成长阶段。由专利数量统计曲线可知：技术系统较婴儿期阶段有较快的发展，研发数量稳步增长。而对于专利等级统计曲线的变化：当微生物燃料电池产品技术进入稳定的发展轨道，数量增长明显，某个特定技术空间内的专利密度增大，将会导致专利保护范围的缩小，且会出现大部分针对单一要素进行某一指标的提高的专利技术，从而拉低专利等级。
2、Darrell Mann专利考察模式
在进行专利数据整理时，发现2000-2011年间高校申请和科研院所申请量占总申请量的96%，从侧面说明微生物燃料电池产品技术还处于研发阶段，因为还没有大规模投入使用，反映在Darrell Mann专利考察模式中，以降低成本为目的的专利申请会小于弥补技术缺陷的专利申请。
Darrell Mann专利考察模式主要应用是快速判断技术是否进入成熟期。根据表2内容，绘制弥补技术缺陷专利数量统计曲线和降低成本专利数量统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图4、图5所示。
从图4（a）和图5（a）中可以看到在2009年到2010年间弥补技术缺陷专利数量和降低成本专利数量出现了明显下滑，结合图1（a）——专利数量统计曲线，可以看到其原因为2010年专利申请数量明显低于2009年。这种情况的出现有以下的可能：（1）对专利申请的国家和地区进行统计，发现2009年进入中国大陆的专利申请共7份，占2009年专利申请数量总数的17.9%，而2010年其他国家和地区进入中国大陆的专利申请数量为0，2011年同样为0，说明其他国家和地区出于技术发展或专利战略等原因，于2010年起逐渐放弃我国的专利市场，使专利申请数量受到影响，而这个原因很可能是由于遇到了产电能力难以大幅度提高的技术瓶颈以及生产成本的控制难以达到实现广泛应用的目的；（2）微生物燃料电池领域的研究主力为高校和科研院所，2009年有24所高校及科研院所提交了专利申请，2010年仅有19所，研究室的科研方向转向也部分影响了2010年的专利申请数量。
但是该曲线的下滑段并不影响曲线上升的总趋势判断，从图4和图5中可以看出，微生物燃料电池产品技术还未进入成熟期，结合对专利信息的理解和两种分类专利数量对比，应该还处于成长期当中。
五、结论
进入我国最早两份关于微生物燃料电池的申请（申请号：00809995、00810805）均由韩国科学技术研究院于2000年递交，之后才出现由我国高校兴起的微生物燃料电池专利申请，在经历模仿、吸收后、开始创新，因此微生物燃料电池产品技术经历的婴儿期比较短暂，进入成长期比较迅速。
经过对专利信息的分析，同时结合期刊文献公开的关于微生物燃料电池的资料，认为应用Altshuller和Darrell Mann的专利考察模式对微生物燃料电池产品技术的成熟度预测结果是可信的。在未来的发展中，微生物燃料电池技术将会不断的成熟，成为污水处理领域的常用技术。
生物燃料的优缺点范文4
[关键词]污水处理 氨 氮 生物化学处理 生化处理技术法
中图分类号：R123.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0381-01
当前我国工业企业所排出的污水种类众多，污水总量很大，而氨氮污水是其中非常重要的一部分。根据国家环保部2011年公布的有关2010年主要工业行业氨氮排放统计数据如下：
1、化学原料及化学制品制造业：13.16万吨；2、有色金属冶炼及压延加工业：3.13万吨；3、石油加工、炼焦及核燃料加工业：2.57万吨；4、农副产品加工业：1.79万吨；5、纺织业：1.60万吨；6、皮革、羽绒及制品加工业：1.49万吨；7、饮料制造业：1.24万吨；8、食品制造业：1.12万吨；
以上总计：26.1万吨。考虑到有关统计数据的可靠性，实际工业氨氮排放量将达到30万吨以上。另外，考虑到城市污水、农业、养殖等行业巨大污水排放量，我国总的氨氮年排放量约264万吨。
大量的氨氮排放不仅严重污染环境，而且造成巨大资源浪费，因此国家“十二五”发展规划中将氨氮减排列入控制指标，要求“十二五”末氨氮排放量在2010年的基础上减排10%。？考虑到经济的发展及工业总量的增加，不仅要在原有氨氮排放总量的基础上减排10%，而且将经济的发展及工业总量增加所带来的氨氮排放量全部“吃掉”，要实现这样强制性减排目标，难度非常大。这不仅需要各企业单位加强环保设施的建设及管理，同时更重要的是各大专院校及科研机构大力研究开发高效、低成本的氨氮污水处理技术及装备，为国家氨氮污染物的减排提供技术支撑。
一、氨氮污水处理技术简介
氨氮污水的处理技术大致可以分为两大类：一类是生化处理技术；另一类是物理化学处理技术。
（一）生化处理技术
生化法是利用好氧菌及厌氧菌的硝化和反硝化过程，将污水中的氨氮转化为硝酸盐，然后转化为氮气，实现污水的达标排放。生化法能彻底脱除污水中的氨，并且不会造成二次污染，能耗较物理化学法低。但由于生物所能承受氨氮的浓度较低，一般生物处理氨氮浓度不能超过200mg・L-1，如果污水中的氨氮浓度高于200mg・L-1，而低于1000mg・L-1时则通常需要采用物理化学法和生化法相结合的工艺，即采用物理化学法先去除污水中部分氨，然后再采用生化法将氨氮彻底去除到排放标准。如果污水中的氨氮浓度高于1000mg・L-1，例如几千mg・L-1，甚至达到数万mgL-1，则主要采用物化法，首先将污水中的氨氮降至15mg・L-1（国家一级排放标准）以下，甚至更低，然后采用生化方法处理其他污染物，如COD等。
（二）物理化学处理技术
国内外处理高浓度氨氮废水的物理化学方法很多，主要有空气吹脱法、蒸汽汽提法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀法、催化湿式氧化法和烟道气治理法等，这些方法各有优缺点，可用于不同条件的污水处理。？在这里就不详细论述了。
1.生化法
生化处理技术是目前制药废水广泛采用的处理技术。由于制药废水中有机物浓度很高，所以一般需要用厌氧和好氧相结合的方法才能取得好的处理效果。
1.1 厌氧生物处理
国内处理高浓度有机制药废水以厌氧法为主，但单独使用出水COD仍高，一般要再进行后处理，即好氧生物处理。优点是可直接处理高浓度有机制药废水，不用稀释，节能，产甲烷可回收利用，剩余污泥量少。
（1）上流式厌氧污泥床法（UASB法）。优点是厌氧消化效率高、结构简单、水力停留时间短、无需另设污泥回流装置等。缺点是UASB运行时，对管理技术要求较高，且启动驯化困难。
（2）上流式厌氧污泥床过滤器（UASB+AF）。是近年来发展起来的一种新型复合式厌氧反应器，它结合了UASB和厌氧滤池（AF）的优点，使反应器的性能有了改善。
（3）水解酸化法。水解池全称水解升流式污泥床（HUSB），它是改进的UASB。优点是可将难降解大分子有机污染物初步分解为小分子有机污染物，提高可生化性；反应速度，池小、投资少，并能减少污泥量；不需密闭，搅拌，不设三相分离器，降低造价。
（4）厌氧符合床（UBF）。与UASB相比，具有分离效果好，生物量大， 生物种类繁多，处理效率高，运行稳定性强，是实用高效的厌氧生物反应器。
（5）厌氧折流板反应器（ABR）。该反应器因具有结构简单、污泥截留能力强、稳定性高、对高浓度有机废水，特别是对有毒、难降解废水处理中有特殊的作用，因而引起了人们的关注。
1.2 好氧生物处理
进行好氧处理时一般需要对原水进行稀释，因此动力消耗大，并且废水可生化性差，所以一般之前要进行预处理。
（1）普通活性污泥法。缺点是废水需大量稀释，运行中泡沫多，易发生污泥膨胀，剩余污泥量大，去除率不高，常必须采用二级或多级处理。因此，改进曝气方法和微生物固定技术以提高废水的处理效果已成为近年来活性污泥法研究和发展的重要内容。
（3）生物接触氧化。该方法集活性污泥法和生物膜法的优势于一体，具有较高的处理负荷，能处理易引起污泥膨胀的制药废水。
（5）吸附生物降解法（AB法）。属超高负荷活性污泥法。对BOD5、COD、SS、P和氨氮的去除率一般均高于常规活性污泥法。
（6）生物活性碳。优点是不仅能利用物理吸附作用，还能充分利用附着微生物对污染物的降解作用，大大提高COD去除率，氨、氮、色度的去除率也较高。缺点是费用较高。
（7）生物流化床。将普通的活性污泥法和生物滤池法两者的优点融为一体，因而具有容积负荷高、反应速度快、占地面积小等优点。
（8）循环式活性污泥法（CASS法）。与SBR相比，优点是对难降解有机物的去除效果更好；进水过程是连续的，单个池子可独立运行；比SBR法的抗冲击能力更好。
参考文献
生物燃料的优缺点范文5
关键词：市政雨污水泵站、除臭通风、燃烧法、氧化法、吸收法、吸附法、生物法、光催化携高能光子处理技术、驻电极纳米光子处理技术
一、引言
市政污水泵站中的恶臭气体是由污水中的蛋白质、脂肪、碳水化合物等有机物在厌氧或好氧条件下转化而成，常见的恶臭成分有氨（NH3）、硫化氢（H2S）、吲哚（C8H5-NHCH3）、三甲胺（（CH3）3N）、甲硫醇（CH3SH）等。这些恶臭物质大多为无色气体，其嗅觉阈值很低，如硫化氢：0.47ppb、三甲胺：0.21ppb，其均具有强烈的刺激性恶臭味道，有些还具有较大的毒性，极易与空气中的水分、尘粒等结合在一起，随呼吸系统进入人体，对人体各系统有不同程度的损害。长期反复受恶臭物质刺激，会引起嗅觉疲劳甚至导致嗅觉失灵，工作效率、判断力和记忆力下降。由于市政污水泵站大多建于城区或居民区内，为了提高居民生活的环境质量、杜绝空气污染隐患、提升城市形象，泵站恶臭源的控制已成为目前一些地区亟待解决的环境问题之一，寻求一种切实可行又经济实惠的方法来处理恶臭已十分必要。
二、传统臭气处理技术与方法
（1）燃烧法：亦为热分解法，是将恶臭气体在富氧环境下燃烧，使之完全氧化分解。恶臭物质大多为可燃成分，燃烧后可分解为无害的二氧化碳和水，脱臭效率较高。但存在投加辅助燃料，催化剂易中毒及价格昂贵、运转费用高，温度控制复杂，运行费用比较昂贵等缺点。
（2）氧化法：主要采用投加氯、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等强氧化剂来破坏恶臭分子，具有反应快，处理装置简单等优点。其缺点是净化效率不高，氧化剂投加量难以控制。
（3）吸收法：利用恶臭物质的物化性用水或吸收液中的活性成分对恶臭气体进行吸收，使之从气相中分离去除，从而达到脱除臭味的效果。该方法在处理有限可控臭源气体种类的情况下脱除效率很高，但由于化学反应仅发生在特定体系中，因此往往不能同时去除多种恶臭组分，并且对设备运行管理要求极高，运行成本也较高。
（4）吸附法：该方法是当恶臭物质通过装有吸附剂的吸附塔时，利用该吸附剂对恶臭物质的强吸附力，从而达到去除恶臭的目的。该方法设备简单，脱臭效果好，多用于复合恶臭净化的末级处理。但也存在对高浓度恶臭气体处理效率低、占地面积大、气阻大、吸附剂需经常更换等缺点，特别是吸附剂脱附后的气体难于收集。目前大多采用颗粒活性炭或活性炭纤维填充吸附床，处理恶臭气体效率受吸附容量的限制，饱和后的吸附剂需要再生，加之吸附系统的阻力较大，使实际应用受到限制。
（5）生物法：是近年来研究较多的一种处理工艺，其通过生物酶的催化氧化作用使废气中的恶臭成分得到降解，该方法最突出的优点基本无二次污染。但是由于其为保证必要的处理效率，一般装置占地面积较大、运行条件相对要求也较高，致使有运行成本高，操作条件难以控制、技术工艺还不太成熟、占地面积大等缺点，使其推广和使用受到限制。
三、现常用先进方法之一：光催化携高能光子处理臭气技术
上海城市排水设备制造安装工程有限公司采用紫外高能光子技术对泵站恶臭气体进行治理研究并开发了相应的成套处理设备，该方法经多年的实际应用证明脱臭效果比较明显，运行管理也非常方便。
其主要技术方法是：
（1）使恶臭气体分子断键，同时激发产生羟基自由基、活性氧等活性基团以及臭氧等强氧化性物质。这些活性基团和强氧化剂可不加选择地与几乎所有的恶臭物质发生氧化反应，使恶臭物质转化为无臭无害物质。
（2）光催化剂TiO2的掺入，其具有非常强的氧化能力，氧化时几乎可以无选择性地对作用对象起氧化作用。因此，在光催化剂的协同作用下，又进一步加快了恶臭物质的分解率。
（3）对于臭气气源的有效控制。
市政雨污水管网覆盖区域宽广，输送系统中管内水非满流状态使区域内各泵站、处理厂和管道基本相通，导致管道、箱涵等构筑物空腔内均充满着恶臭气体，由于受气-液二相饱和蒸汽压的限制，除非将雨污水充分治理洁净，否则臭气处理完全是不可能的。所以，对于臭气气源的遮盖、掩蔽与有效控制则显得尤为重要，该公司具有如可翻转深罩式吸风装置等多种形式的收集方式能很好地解决。
（4）处理效率
通过处理，废气的排放浓度可达《恶臭污染物排放标准》GB14554-93及GB3095-96中恶臭污染物厂界标准值二级或二级以上。臭气中主要成分的处理率为：氨气≥85%，硫化氢≥95%。
四、现常用先进方法之二：驻电极纳米光子臭气技术
为了解决空气污染问题、改善空气品质，上海爱启环境科技有限公司采用目前国际上最前沿高科技NC驻电极净化技术+纳米光子波技术对于受污空气进行净化处理。其成套净化系统解决方案已成功应用于多类工况现场，包括有室内中央空调系统空气净化、恶臭气体收集处理、废气收集处理、雨污水收集处理系统等。
其主要技术方法是：
（1）NC驻电极高效净化，其采用微观的静电集尘通道具有静电凝并特性，细微颗粒物被荷电异性电荷吸引产生凝并作用形成大颗粒被捕集，可捕集细小颗粒物，具有优越的PM2.5净化性能，对于0.3微米的颗粒物亦有很高的捕集效率。
（2）纳米光子波原理是利用特定的频谱，对空气中的氧分子进行电离、碰撞、结合，利用光速和光电化学产生出臭氧、过氧化氢、羟自由基及负离子。
（3）处理效率：净化效率高、杀菌效果好。能迅速、有效消灭95%以上的细菌、病毒等微生物；能有效去除TVOC、甲醛、苯等有机污染物；产生的负离子还能抑制灰尘、提高空气新鲜程度；能有效去除烟味及硫化氢、氨氮等异臭味。
五、技术方法比较
参考文献
1、上海市水务局科技处《除臭技术交流会材料汇编》
2、《高能光量子除臭装置》产品样本说明书
3、《Nature Clean 纳米光子空气净化装置》产品介绍说明书
生物燃料的优缺点范文6
【关键词】 电池； 供电； 转换效率； 植入式医疗器件
【Abstract】 Based on the introduction about the power supply and the classification of implantable medical devices，the advantages and disadvantages of each power supply mode was analyzed and the work principle and the application scope of each mode was also discussed.Then the battery capacity，the power supply mode，the energy conversion efficiency and the energy source of implantable medical devices was summarized.Finally，the developing trend of these power supply modes of implantable medical devices is presented.
【Key words】 Capacitance； Power supply； Energy conversion efficiency； Implantable medical devices
First-author’s address：Medical Imaging Academy of Xuzhou Medical University，Xuzhou 221004，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.14.038
植入式医疗器件是一种植入后能够实时测量人体的各种参数变化或是对某种器官起到辅助作用的仪器。随着电子技术的发展，植入式医疗器件开始广泛的被人们接受而在临床医学中得到广泛运用[1]。然而，所有的仪器都离不开能量，而在它的发展进程中，最主要的制约因素也必然是能量的供给。植入式医疗器件的供电方式成为研究的关键和难点。
1 植入式医疗器件简介
1.1 植入式医疗器件分类 在各类医疗电子产品中，有的直接在生物体外进行使用，有的则需要通过手术植入到生物体内才能工作，称为植入式医疗器件（Implanted Medical Devices，IMDs）[2]。植入式医疗器件的种类繁多，包括了对人体整个身体部件的各种辅助和救助设备，常见的植入式医疗器件主要用于代替某些功能丧失的器官工作，测量生命体的生理生化参数，或者治疗某些疾病[3]。
植入式医疗器件可分为被动式和主动式两种，大多数被动式的植入式医疗器件是非电子产品，如心脏支架、人造关节、人造瓣膜等组织结构装置。主动式的植入式医疗器件包括调整心律的心脏起搏器，消除心室纤维颤动、心动过速的心脏除颤器，辅助听力的电子耳蜗，神经刺激器、治疗弱视或者视盲的植入式视网膜等各种激励系统，需要能量供给才能代替或提高某个器官的功能，或者治疗某种疾病[4]。目前，植入式心脏起搏器和除颤器维持着上百万心脏病患者的生命，神经刺激器用于治疗如癫痛症、帕金森综合症等疾病，其他激励系统可以治疗如小便失禁以及慢性疼痛之类的疾病[5]。
1.2 植入式医疗器件基本组成 植入式医疗器件通常由两大部分组成，即体内植入部分和体外测控部分。体外部分的任务是人体信息的测量与控制，从而完成疾病的诊断和治疗。整个装置包括信息的获取、处理、存档、控制、指令、显示与记录功能。体外部分与一般的医学仪器相同， 系统的关键点主要集中在植入部分以及体内外的信息和能量的交换。
2 植入式医疗器件的基本供电方式
2.1 锂电池技术 锂电池技术是目前医疗行业最常见的用于植入式医疗器件供电的一种电源，该技术已成熟，并且有单体输出电压高、体积小、安全性高等诸多优点[6]，但由于人体的植入空间有限，植入电池的体积有着非常严格的控制，这意味着植入电池的容量不会很大。当电池能量耗尽时，植入式医疗器件也就停止工作，必须进行手术更换电池。对于心脏起搏器，锂离子电池的理论设计寿命是6～10年，当电池消耗了约85%时（一般约为5～7年），就不能保证它在人体内的运转，对于患者来说十分危险，必须及时更换，重新植入新的起搏器[7]。另一方面，植入电池虽然小，但其占总体积的比例仍然超过50%，是妨碍植入器件微型化的关键因素。
2.2 磁感应技术 除了锂电池已被应用于临床外，另一种被应用的供能技术是电磁感应技术。该技术是利用植入人体内的线圈和体外线圈电磁耦合来对电能进行传输[8]，对体内的电池进行无线充电，如图1所示。磁感应技术能够进行电能的无线传输，将体外丰富的能量输入体内对器件供电，极大的延伸了植入式医疗器件使用寿命，解决了当锂电池用完后必须进行手术更换的弊端，大大减轻了患者的痛苦。但是，磁感应技术的能量传递效率较低，一般来说，距离越近，传输效率越高，当距离大于4 cm时，基本实现不了充电[9]。并且该技术需要专门的充电设备，充电效率不理想。提高该技术的充电效率是必须进一步研究的关键。
3 植入式医疗器件供电方式的新进展
3.1 植入式无线供电系统 植入式无线供电系统结合了无线传输和均衡电路特点，设计了一种满足超级电容充电要求的闭环无线充电方案[10-12]，设计原理见图2。其充电方式还是主要利用电磁感应原理，外部电源经初级线圈与人体内的次级线圈进行能量传递，通过均衡电路后存储在超级电容。并且通过对电容参数的检测，用天线传输回体外单片机，来调节充电过程中的电压与电流等参数。
对于植入式医疗器件的供能方式，需要长寿命、安全、稳定、无需维护。超级电容（SC）是一种新型的电能存储元件， 能够满足上述所有要求。它有着超长的使用寿命，在需要长寿命、免维护的设备中，如地球卫星、IMED等，具有很大的发展潜力[13]。
3.2 体导能量传递模型 植入式医疗器件的体导电能量传递是一种新兴的无线充电方式。它利用人体内游离的离子在外加电场的作用下会发生定向移动的原理，产生电流[14]。植入式医疗器件的体导电能量传递原理如图3所示。该模型的外部电源把电压施加在两片电极上，通过人体内游离离子把能量传递到植入人体内的电极上，电极再把电能储存在植入式医疗器件的电池内[15]。在充电过程中，把体导电能的工作频率控制在kHz级，从而减少生物背景信号干扰，提高了充电的效率[16]。
3.3 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型是通过采集人体即时产生的机械能进而转化为电能的一种方式[17]。该供电方式最重要的优点在于以人体下肢作为能量提供场所，用脚的运动提供机械能，进而转化为电能予以收集、利用，相对于普通的电池供电而言，避免了当电池电量耗尽时，再通过手术跟换电池时对患者造成的痛苦和经济负担。图4所示的是人体典型动能驱动模型。该供能模型选择以下肢为供能载体，是因为人体的生命活动离不开脚的运动，如散步、慢跑等，因此可以直接从这些日常人体活动中获得能量来带动一种装置，从而产生电能并对电能进行储存、利用[18]。但是该模型的产电能力较弱，且在运动过程中如何存储电能，如何将所存储电能调整到植入式医疗器件工作电路所需的电路参数仍然有待于进一步研究。
3.4 生物燃料电池技术 生物燃料电池是一类特殊的燃料电池，是利用酶或者微生物组织作为催化剂，将化学能转变为电能，具有原料丰富、工作条件相对宽裕、生物相容性好、无毒性等诸多普通燃料电池不具备的优点[19]。正是利用这些特性，生物燃料电池才被研究用于为植入式医疗器件的供电。
生物燃料电池能够利用体内的葡萄糖、氧等有机物或无机物作为燃料源源不断的产生电能，工作于常温、常压，并且酸碱度适中的环境中，这使得它维护成本低廉并且安全度很高，对人体无毒无害[20]。目前该技术最需要解决的是电能转换效率的问题，一旦解决，生物燃料电池将有望大规模应用于植入式医疗器件。
3.5 光电供电技术 功能性光电材料近年来发展迅速，即利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。如经皮直接照射近红外光，通过光电池产生电能，该方法还可以结合可充电电池用，从而无需一直实施红外照射[21]。另有研究是利用光纤从腹部植入皮下，通过光纤传输光能至光电池并转化为电能，使用850 nm激光源照射，光电转换效率达40%，可产生3 V的电压，功率达到10 mW[22]。随着新技术的发展，太阳能电池在植入式医疗器件供电领域也有研究报道，有研究通过太阳能薄膜电池为植入式医疗器件，该薄膜电池的厚度大约为2～3 ?m，可以方便植入到体内，其转化效率也在进一步的研究中[23]。
3.6 核能技术 核电池是一种将核能转化为电能，并且能够为植入式医疗器件长期提供很高能量的装置。该技术具有体积小，重量轻，寿命长，不受外界影响等优点。核电池在医疗领域中最重要的应用就是心脏起搏器的供能装置。如用半衰期为87年的放射源钚（238 Pu），以其裂变产生的能量再通过热耦合技术转化为电流，150 mg即能够为心脏起搏器提供10年以上的能量[24-26]。
核电池寿命长的优点使患者减少了更换电池而反复进行开胸手术的巨大痛苦。但核电池有放射性，必须把它储存在精密的封闭单元中，所以体积较大且重。而且不论使用与否，随着放射源的衰变，其供电性能也会随着时间逐渐衰减。该技术可适用的范围受到核燃料特殊性的局限。
4 总结与展望
医疗植入式电子器件不同于体外应用的医学仪器，植入人体后，它能直接接触人体器官和组织，人体能够活动自如，能够在自然状态下高精度测定人体的生理、生化参数，研究生物体的生理、心理状态。植入式医疗器械的研制和发展很大程度取决于支持它们在体内连续工作的电能供给方法。由于植入式装置功能、尺寸等有所不同，必然造成供电方式的差异。
目前以下两种方法被认为是可行的，一种是通过电池供能，另外一种方法是通过体外电源无线传输能量对植入器械进行能量的补充，但其效果并不确定。低功耗或是极少出现高功耗使用情况的植入式医疗电子器件通常可以利用内部电池供电，例如植入式心脏起搏器的电池的一半功率用于心脏刺激， 而另一半功率用来完成监测、数据记录等工作。某些植入式医疗电子设备也可以用便携的外部电源供电，通过射频电磁感应进行能量传输被认为是能使人工心脏持续工作的一种有前景的供能方法[27-29]。
从储能元件上来说，目前最广泛使用的还是锂电池储能，锂电池安全，技术成熟并且制造成本低。现在临床应用的心脏起搏器就是通过锂电池组提供能量，电池寿命约5～7年，以患者平均佩戴20年来算，至少需要更换三次电池或者进行三次充电，这必定增加患者的经济负担，但最主要的还是增加了患者手术的痛苦。为了解决这一问题，大容量储能元件应运而生，核电池的出现即为植入式医疗器件解决了能源问题。以核能供能的植入式医疗器件，完全解决了电池的寿命问题，但因其核燃料的放射性使得适用性受到局限。近几年，又出现了一种超级电容的新型储能元件，解决了电池的寿命问题，并且无需维护，安全稳定，但它的成本相对较高，而且技术尚未成熟，尚不能应用于临床。
随着植入式医疗器件的复杂化，系统的功耗越来越大，对于短期植入式医疗器件，电池完全可以胜任，但对于长期植入式医疗器件往往不能满足要求，体外无线供电方式解决了以上问题。基于E类放大器的电磁感应供电效率可达70%左右，还可以同时传输数据，但电磁耦合方式会与其他电子器件发生干扰；光电供电同样可实现长期供电，但转换效率不高。此外，以上供电方式也可结合使用，如将经皮能量传输与可充电电池结合起来，为人工心脏提供能量，这就为功耗较高、长期植入的医疗器件提供了一种解决方法[30-31]。
植入式医疗器件目前主要还是依靠特定的设备来提供电能，但最理想的还是能够利用人体自身或者人周边的环境来进行供能，如机械能（身体运动、肌肉拉伸、血管收缩）、振动能（声波）、化学能（葡萄糖）、液压能（体液流动及血液流动）等。光电池、生物燃料电池以及人体动能驱动的电磁感应供电模型等方式就应运而生了，但是同样面临能量转换效率的问题仍需进一步研究。
随着植入式医疗装置的广泛使用，推动了植入式医疗器件供电方式的进一步发展，植入式医疗器件发展迅速，微型化、纳米化正成为一种趋势。由于植入式装置的功能、尺寸等各有不同，植入式医疗器件供电装置的电池容量、无线充电效率以及能量来源将是研究的关键和难点。
参考文献
[1] Takeuchi K J，Leising R A，Palazzo M J，et al.Advanced lithium batteries for implantable medical devices：mechanistic study of SVO cathode synthesis[J].Journal of Power Sources，2003，119（121）：973-978.
[2] Suzuki S N，Katane T，Saotome H.Electric power generating system using magnetic coupling for deeply implanted medical electronic devices[A].IEEE Transaction on Magnetics，2002，38（5）：3006-3008.
[3] Szczesny S，Jetzki S，Leonhardt S.Review of current actuator suitability for use in medical implants[A].28th Annual International Conference of the IEEE Digital Object Identifier，2006：5956-5959.
[4] Guha A，Maddox W R，Colombo R，et al.Cardiac implantable electronic device infection in patients with end stage renal disease[J].Heart Rhythm，2015，12（12）：2395-2401.
[5] Klersy C，Boriani G，De Silvestri A，et al.Effect of telemonitoring of cardiac implantable electronic devices on healthcare utilization： a meta-analysis of randomized controlled trials in patients with heart failure[J].Eur J Heart Fail，2016，18（2）：195-204.
[6] Liang C C，Holmes C F.Lithium pacemaker batteries-an overview[A].The Electrochemical Society，1980，80（4）：27-33.
[7] Shiba K，Koshiji K.Electromagnetic compatibility of transcutaneous energy transmission system for totally implantable artificial heart[J].Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan，2003，123（35）：1219-1227.
[8] Suzuki S，Katane T，Saotome H，et al.Electric power generating system using magnetic coupling，for medical electronic devices implanted deeply[A].2002 IEEE International Magnetics Conference，2002：13.
[9] Suzuki S N，Katane T，Saotome H，et al.A proposal of electric power generating system for implanted medical devices[J].IEEE Transactions on Magnetics，1999，35（5）： 3586-3588.
[10] Pengfei L，Bashindlah R，Principe J C.A low power battery management system for rechargeable wireless implantable electronics[A].IEEE Proceeding of Circuits and Systems，2006：4.
[11] Omeni O，Toumazou C.A cmosm icro-power wideband data/power transfer system for biomedical implants[A].Proceedings of the 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2003：61-64.
[12] Suzuki S，Katane T，Saotome H，et al.Electric power generating system using magnetic coupling，for medical electronic devices implanted deeply[A].2002 IEEE International Magnetics Conference，2002：13.
[13] Uno M，Tanaka K. Accelerated ageing testing and cycle life prediction of supereapacitors for alternative battery applications[A].Telecommunications Energy Conference，2011，2011：1-16.
[14] Tang Z D，Sun C X，Sclabassi R，et al.Transcutaneous battery recharging by volume conduction and its circuit modeling[C].28th Annual International Conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society，2006：644-647.
[15] Fernandez C，Garcia O，Cobos J A，et al.A simple dc-dc convener for the power supply of a cochlear implant[A].34th Annual Power Electronics Specialists Conference，2003，4：1965-1970.
[16] Wang G X，Liu W，Bashirullah R，et al.A closed loop transcutaneous power transfer system for implantable devices with enhanced stability[A].2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2004，4：17-20.
[17] Stephen R，Shane F，Hani H.On Low-frequency electric power generation with PZT ceramics[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2005，10（2）：240-252.
[18]杨阳，孙斌.基于人体动能驱动的电磁感应供电模块的实体模型制作与实验[J].科技视界，2013，12（13）：63-64.
[19] Stetten F V，Kerzenmacher S，Lorenz A，et al.One compartment，direct glucose fuel cell for powering long term medical implants fAl[A].Micro Electro Mechanical Systems-1 9th IEEE International Conference，2006：934-937.
[20] Marcela A，Gerardo G，Teresita Kessler. Synthesis and characterization of polyaniline and polyaniline-Carbon nanotubes nanostructures for electrochemical supercapacitors[J].Journal of Power Sources，2014，56（245）：475-481.
[21] Goto K，Nakagawa T，Nakamura O，et al.An implantable power supply with an optically rechargeable lithium battery[A].IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2001，48：830-833.
[22] Hwang N J，Patterson W R，Song Y K，et al.Photovoltaic energy converter as a chipscale high efficiency power source for implanted active microelectronic devices[A].Conference Proceedings-26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society，2004：4091-4092.
[23] Karpowicz J， Gryz K.An assessment of hazards caused by electromagnetic interaction on humans present near short-wave physiotherapeutic devices of various types including hazards for users of electronic active implantable medical devices（AIMD）[J].Biomed Res Int，2013，2013（11）：150 143.
[24] Greenborg J，Smith T H，Matheson W E.Risk/benefit analysis of the Betacel nuclear-powered pacemaker[J].Transactions of the American Nuclear Society，1973，17（6）：100-101.
[25]Parsonnet V，Driller J，Cook D，et al. Thirty-one years of clinical experience with “nuclear-powered” pacemakers[J].Pacing Clin Electrophysiol，2006，29（2）：195-200.
[26] Aludaat C，Gay A，Guetlin A，et al. Favorable evolution of a 43-year-old starr-edwards valve in the tricuspid position[J].
J Heart Valve Dis，2012， 21（5）：679-681.
[27] Royle T J，Davies R E，Gannon M X.Totally implantable venous access devices-20 years’ experience of implantation in cystic fibrosis patients[J].Ann R Coll Surg Engl，2008，90（8）：679-684.
[28] Dubner S，Auricchio A，Steinberg J S，et a1.Ishne/ehra expert consensus on remote monitoring of cardiovascular implantable electronic devices （cieds）[J].Europace，2012，14（2）：278-93.
[29] Pantchenko O S，Seidman S J，Guag J W，et al.Electromagnetic compatibility of implantable neurostimulators to rfid emitters[J].Biomed Eng Online，2011，10（1）：50.
[30] Ivorra A.Remote electrical stimulation by means of implanted rectifiers[J].PLoS One，2011，6（8）：e23 456.
