介体微生物燃料电池脱氨产电性能的研究

以三室微生物燃料电池(MFC)为研究对象,采用大肠杆菌(E.coli)作阳极催化剂,比较了在无外加中介体、以中性红(NR)做中介体、以新亚甲基蓝(NMB)做中介体3种情况下的脱氨氮产电性能。结果表明:添加中介体可以提高MFC的开路电压,缩短开路电压达到稳定的时间,以NMB做中介体MFC的开路电压更容易达到稳定值,而以NR做中介体MFC达到的稳定开路电压较前者高。添加中介体能缩短MFC的脱氨氮时间(脱氨氮效率达90%),以NMB做中介体的MFC脱氨氮所需时间更短。以NR做中介体MFC的输出电压更高,但随着时间的延长,以NMB做中介体MFC相比于前者输出电压衰减得慢,稳定性更好。     

降解苯的微生物燃料电池产电性能研究

 通过构建填料型微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）,对葡萄糖、苯为单一燃料和葡萄糖+苯混合燃料条件下MFC的产电性能及苯的降解效果进行了研究。试验结果表明,1 000 Ω外电阻条件下,以1 500 mg/L葡萄糖作为单一燃料时,MFC可获得的最高功率密度为228 mW/m2（阳极）,相应的体积功率密度为205 W/m3（按阳极室有效体积计算）; 以1 000 mg/L苯作为单一燃料时,最高功率密度为95 mW/m2（阳极）,体积功率密度为09 W/m3;以1 000 mg/L葡萄糖+600 mg/L苯为混合燃料时,最高功率密度为288 mW/m2 (阳极),相应的体积功率密度为259 W/m3。1 000 mg/L葡萄糖+600 mg/L苯混合燃料情况下,MFC在24 h内可将苯完全降解,产电周期结束时MFC的 COD去除率在95%以上。以1 500 mg/L葡萄糖和1 000 mg/L葡萄糖+600 mg/L苯分别作为燃料时,MFC可获得的库仑〖JP2〗效率分别为157%和23%。结果表明,MFC能够利用苯作为燃料,在实现高效降解的同时可稳定地向外输出电能,这为苯类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的研究思路。     

以垃圾渗滤液为燃料的微生物燃料电池产电性能

以吉林省四平市某垃圾场渗滤液为燃料, 纯钛板为负载微生物阳极和阴极, 用盐桥转移电子方式组建双室微生物燃料电池(DCMFC). 研究阴极室溶液电子受体质量浓度、 pH值、 温度等因素对输出功率密度、 开路电压、 内阻等电池性能的影响, 并考察了对垃圾渗滤液的处理效果. 实验结果表明, 阴极溶液以1.0 g/L双氧水为电子受体, 在pH=2.5、 ρ(硫酸钠)=0.5 g/L、 温度约为30 ℃的最佳实验条件下, 该微生物燃料电池的输出功率密度达12.074 W/m², 开路电压为1.13 V, 内阻为76.868 Ω. 经过连续30 d的运行, 垃圾渗滤液化学需氧量(COD)去除率达95%, 表明选择恰当的阴极室溶液能提高微生物燃料电池的产电性能.     

聚苯胺修饰阴极对沉积型微生物燃料电池产电性能的影响

考察了聚苯胺（PANI）修饰阴极对沉积型微生物燃料电池（SMFC）产电性能和有机质去除率的影响。衰减全反射红外光谱（ATR）表征证明修饰电极表面PANI为导电的质子掺杂状态。电化学阻抗谱（EIS）测试揭示,PANI修饰电极的欧姆内阻（R‰）和电荷转移内阻（R。）明显低于空白电极,且随着PANI负载量的增大逐渐减小。以PANI修饰阴极序批式运行沉积型微生物燃料电池（SMFC）,可以显著提高SMFC的产电性能以及沉积物中有机质去除率。与空白阴极SMFC体系相比,PANI—110修饰阴极SMFC的最大功率密度增大了64倍,表观内阻减小了12倍,SCOD去除率由12．4％增大到40．3％。     

三室交互型微生物燃料电池阴极脱氮及产电性能研究

为解决微生物燃料电池阴极室中电极反硝化和非电极反硝化二者的冲突,构建出一种三室交互型微生物燃料电池。在一个循环周期内,电池功率密度平均27.0 mW/cm~2,反硝化速率平均0.92 mg/(L·h),所需有机碳源量COD/NO_3~-仅为3.9,整体性能优于相同条件下的传统双室型微生物燃料电池;交互式控制方式优于三室电池同时开关的运行方式;24 h是实验废水条件的最佳交互时间。三室交互型微生物燃料电池在高效脱氮产电的同时,充分利用了电子供体,节约了反硝化所需的有机碳源。     

厌氧流化床微生物燃料电池堆栈产电性能

研究了三级液固厌氧流化床微生物燃料电池（MFC）串并联的产电性能.同时考察了活性炭装填高度、阳极面积等因素对燃料电池产电性能的影响.结果表明：将燃料电池串联时,总电压为1 500 mV,等于3个单级电池的电压之和,能够有效地提高燃料电池的输出电压,最大功率密度为0.28 W·m-2.而并联时,输出电压仅为450 mV左右,和单级电池输出电压大体相当,最大功率密度为0.074 W·m-2.活性炭的装填高度增加1倍,电压升高了20％左右.阳极面积增加1倍,产电量增大了30％.     

三室交互型微生物燃料电池阴极脱氮及产电性能

为解决微生物燃料电池阴极室中电极反硝化和非电极反硝化二者的冲突,构建出一种三室交互型微生物燃料电池。在一个循环周期内,电池功率密度平均27.0 mW/cm~2,反硝化速率平均0.92 mg/(L·h),所需有机碳源量COD/NO_3~-仅为3.9,整体性能优于相同条件下的传统双室型微生物燃料电池;交互式控制方式优于三室电池同时开关的运行方式;24 h是实验废水条件的最佳交互时间。三室交互型微生物燃料电池在高效脱氮产电的同时,充分利用了电子供体,节约了反硝化所需的有机碳源。     

底物对微生物燃料电池产电性能的影响

在自行构建的"H"型双室微生物燃料电池(MFC)中,以湖南省吉首市大田湾污水处理厂曝气池中的污泥为接种污泥,以可溶性淀粉和白糊精为底物,考察不同底物及其质量浓度对MFC获得稳定开路电压所需时间、启动时间、电动势、内阻及功率密度等性能的影响.实验结果显示,在同样的条件下,以白糊精为底物的MFC启动快、内阻小、功率密度较小,而以可溶性为底物的MFC启动慢、内阻大、功率密度大;底物质量浓度低于6g/L时,以可溶性淀粉为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加,底物质量浓度低于8g/L时,以白糊精为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加.由于底物抑制效应,质量浓度较高时,随着底物质量浓度的增加.MFC达到稳定开路电压所需的时间反而减少.     

pH对腐熟蓝藻微生物燃料电池产电性能的影响

采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)装置,以腐熟蓝藻为阳极基质,以氧气为阴极电子受体,考察阳极基质初始pH对MFC产电性能和腐熟蓝藻降解效果的影响。研究结果表明:阳极基质为弱碱性时,可提高电子传递效率,有利于MFC产电。初始pH为8时,MFC最大输出功率密度为3.83 m W/m2,分别是初始pH为6,7和9时的1.46倍、1.18倍和1.58倍,并且pH为8时,COD的去除率达到89.8%。在稳定产电期间,由于阳极H+向阴极迁移的速率高于参与阴极还原反应的消耗速率,导致阴极室内H+积累,使pH持续下降。调控阳极基质pH、提高阴极还原反应速率,在有效降解蓝藻的同时实现电能输出,为蓝藻资源化利用提供了新的途径。     

Mn_3O_4修饰阳极微生物燃料电池的产电性能

采用超声分散法和溶胶浸渍法制备了Mn3O4修饰电极,在微生物燃料电池(MFC)中,研究了不同方法修饰的Mn3O4阳极对MFC产电能力的影响。实验结果表明:超声分散法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度为0.172 W/m2,相比对照组降低了22%;产电菌在电极表面的电子传递受到了抑制。溶胶浸渍法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度则为0.431W/m2,相比对照组增加了93%;MFC的电荷转移内阻降低了67%,并具有赝电容特性。     

pH值对猪粪废水微生物燃料电池产电性能的影响

构建了以布阴极组为空气阴极的单室微生物燃料电池,并将其应用于猪粪废水的处理与产电.重点考察了阳极液pH值对猪粪废水处理和产电性能的影响.结果表明,阳极液pH=10时MFC的产电和废水处理性能最佳,输出功率密度达到2.10W/m3,与阳极液pH=6和pH=8时的电池相比,输出功率分别提高约2.7倍和1.9倍.同时,阳极液pH=10时,COD去除率和氨氮去除率也分别达到86.7%和92.8%,比阳极液pH=6和pH=8时MFC的COD去除率提高了约13.8%和6.7%;氨氮去除率提高了约5.3%和3.5%.本研究表明,调控阳极液pH值能够有效强化猪粪废水处理和产电,为猪粪废水资源化处理提供了一条新途径.     

浮萍热裂解处理及其在微生物燃料电池中的产电性能研究

以浮萍为生物质能原料,采用酸式热裂解进行预处理,考察了处理液在微生物燃料电池(MFC)中的产电性能.结果表明:浮萍热裂解最佳预处理条件为:反应温度160℃,反应时间80 min,草酸投加量3％(质量分数).该条件下每克浮萍的还原糖产量为0.272 g,浮萍固体消化率可达到55％.当采用稀释10倍的热裂解液时,MFC的最...     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

Cu~(2+)对微生物燃料电池产电性能的影响及其迁移转化过程

探讨了微生物燃料电池阳极中Cu~(2+)对其产电性能的影响以及Cu~(2+)的迁移转化过程。微生物燃料电池的阳极中加入质量浓度为5.54~88.64mg/L的Cu~(2+),使其最大功率密度增加到536.6mW/m2,此时Cu~(2+)去除率大于95%。大部分的Cu~(2+)(89.24%)被生物膜吸附或还原,6.15%的Cu~(2+)沉积在阳极室底部,3.12%的Cu~(2+)附着在石墨阳极表面,只有极少量Cu~(2+)(小于0.1%)迁移到了阴极,Cu~(2+)对微生物燃料电池的最低致毒质量浓度为22.16 mg/L。通过SEMEDS和XPS分析得出大部分Cu~(2+)(63.56%)在微生物燃料电池的生物膜表面被还原为Cu~+和Cu~0。这一发现将为去除和回收有机废水中的重金属提供新的思路。     

甜菜渣在微生物燃料电池中产电性能的研究

甜菜渣(SBR)是甜菜加工过程中的副产物.由于其较高碳水化合物和低木质素含量,甜菜渣是一种可利用的原料通过微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)进行产能.利用未处理和经过酸碱处理的甜菜渣作为阳极底物,对不同的处理下在微生物燃料电池中甜菜渣对电流产生的研究.在未处理、碱处理和酸处理的MFCs中最大功率密度分别为(369±23)、(351±20)、(244±4)mW/m2.MFC产电性能的不同源于处理后底物成分的不同.MFC是一项可行的技术处理甜菜副产物并同步产电.     

土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

两类阴极菌群微生物燃料电池降解硝酸盐研究

文章以硝酸盐溶液为阴极的电子受体,在阴极室中分别接种活性污泥混合菌和纯反硝化单菌株,构成生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)A-MFC和B-MFC。实验结果表明:在外接电阻为100Ω情况下,A-MFC和B-MFC最大输出电压分别为119.6mV和117.2mV,硝酸盐在B-MFC阴极室的平均反硝化速率为2.19mg/(L·d),比A-MFC中的平均反硝化速率1.86mg/(L·d)略高;扫描电镜观察到A-MFC和B-MFC的阴极碳布纤维丝表面形貌存在差异,A-MFC中碳布被孔状结构物覆盖,而B-MFC阴极碳布被片层状结构物所覆盖;同时发现A-MFC的阴极碳布循环伏安法CV曲线上均出现了明显的还原峰,表明A-MFC阴极碳布上的微生物进行了催化还原反应,而且阴极溶液均出现1对明显的氧化还原电对,说明阴极溶液中确实存在氧化还原介体进行微生物与电极间传递电子。     

传质对土壤微生物燃料电池的产电性能及阿特拉津降解的影响

构造以阿特拉津为目标污染物的土壤微生物燃料电池,通过向土壤中添加不同的介质改变传质条件,以及构造阴极水层改变阴极含氧量来对比不同条件下土壤微生物燃料电池(MFC)的产电性能和阿特拉津的降解率.结果发现:导体介质可以促进质子和离子在土壤中的传递,增强了电极抗极化能力,添加较大粒径活性炭的土壤MFC产生的最大功率密度为0.020 8 W/m2,同时获得最小总内阻为693Ω;阴极淹水降低了土壤电解质溶液的电导率,使得欧姆内阻增大为1 054Ω;增强传质可以促进土壤M FC中生物电化学作用,进而影响阿特拉津的降解,其中添加导体介质的土壤MFC取得较高的降解率;阴极覆水所形成完全厌氧的阳极环境同样对阿特拉津在土壤MFC的降解具有促进作用.     

城市垃圾渗滤液的微生物燃料电池产电研究

以城市垃圾处理厂垃圾堆放7天过程中产生的渗滤液为阳极液,构建单室微生物燃料电池(MFCs).通过跟踪观察MFCs启动及阳极微生物驯化过程发现,此类高浓度的有机废水用于MFCs产电时可获得4501.9mW/m3的最大输出功率密度,对应电流密度为30.6A/m3,而通过循环伏安扫描和内阻测定发现,在此溶液环境中阳极电极上有成型生物膜形成,且电池内阻未发生变化,说明渗滤液成分对电池性能无显著损害,渗滤液可用于MFCs产电.随后,通过在线监测MFCs输出电压和分析渗滤液相应指标等方法研究电池产电性能及废水处理效果(生化需氧量、氨氮),进行进一步条件优化.结果表明,当渗滤液呈中性、BOD浓度约为7316.1mg/L时电池的性能最优.此时,最大输出功率密度为9048.0mW/m3,对应电流密度为43.1A/m3,BOD和NH4+-N去除率分别为88.8%和81.7%.而运行时间优化实验表明,运行10—12d最优,此时,MFCs输出电压已降至约90.8±10mV,BOD、NH4+-N去除率达98.0%、89.1%