典型酚类有毒废水的生物电化学降解及产电性能研究

通过构建单室型微生物燃料电池,比较了以1 000 mg/L葡萄糖为单一燃料和100 mg/L苯酚+1 000mg/L葡萄糖混合时MFC的产电性能及阳极生物膜形态.结果表明,当以葡萄糖为单一燃料时,最大输出电压为486mV,对应的库伦效率和最大功率密度为30.54%和332.35 mW·m^-2,COD去除率为90.97%.混合燃料时出现先升高再降低的趋势,体积比为50∶50时,最大输出电压为381 mV,库伦效率和功率密度为34.75%和204.26 mW·m^-2,COD去除率为88.34% .通过对SEM的分析推断在链球菌为降解葡萄糖的优势菌群,短杆菌则为降解苯酚的主要微生物,其数量多少与产电性能有直接影响.实验说明,苯酚可以作为MFC的底物产电,能被MFC中的产电混合菌有效降解.     

双层阳极微生物燃料电池系统降解偶氮染料及同步产电

构建一种新型单室双阳极微生物燃料电池(MFC)系统并用于处理难降解有机染料废水;研究进水染料质量浓度、水力停留时间和双层阳极间距对难降解有机物去除率和系统产电性能的影响;利用UV-Vis光谱扫描和气相色谱-质谱联用(GC-MS),分析降解过程中的一系列降解产物。研究结果表明:当系统通入200～600 mg/L的染料活性艳红X-3B时,单阳极和双阳极MFC系统的有机物去除效率并无较大差异,最大脱色率之差不超过10%;当系统通入800～1000mg/L的X-3B时,双阳极MFC系统表现出较好的脱色效果和较强的有机负荷耐受能力;当2个阳极层间距设为10 cm时,双阳极MFC系统(简称S-10系统)的处理性能最佳;当水力停留时间为1.5 d,进水X-3B质量浓度为1 000 mg/L时,S-10系统的脱色率可达96.34%,化学需氧量(COD)去除率为74.16%;上、下阳极的最大功率密度分别为0.150 W/m~3和0.121 W/m~3,系统内阻为1 053.1?;苯胺是一种典型的X-3B降解中间产物。     

复合碳纳米阳极强化微生物燃料电池产电研究

〖JP〗石墨烯疏水性及层间-共轭极大地影响了其生物相容性和分散性,难以有效修饰电极. 文章通过将石墨烯与碳纳米管混合,利用二者之间的非共价结合,消除了石墨烯单一修饰电极的缺点,并通过浸渍法制备了石墨烯-碳纳米管复合碳纳米材料电极. 扫描电镜观察表明,石墨烯与碳纳米管被牢固地固定在碳毡电极表面,形成了复合均一层. 将复合电极用作微生物燃料电池（MFC）的阳极,〖JP+1〗显著改善了MFC的产电性能. 复合阳极的MFC的最大功率密度（760.7 mW/m2）比空白碳毡阳极MFC的（228.8 mW/m2）高2.36倍,因为复合电极显著降低了阳极的电子传递阻力,减轻了阳极极化,改善了阳极电化学性能. 复合碳纳米材料修饰阳极的电子传递阻抗（39.8 ）比空白碳毡阳极的（248.7）低84%.〖JP〗     

MnO_2@graphene为阴极催化剂的微生物燃料电池产电性能研究

以碳布为阴阳极材料,乙酸钠为底物,MnO_2@graphene为阴极催化剂构建空气阴极单室微生物燃料电池(MFC),研究了阳极液pH、阳极底物初始COD浓度、MFC运行温度等因素对MFC输出电压和产电功率的影响﹒研究结果表明,阳极液pH对MFC产电性能影响最大,而阳极底物初始COD浓度影响最小﹒在阳极液pH为8、MFC运行温度为308 K和阳极底物初始COD浓度为800 mg/L时MFC的产电性能和污水处理最佳﹒在此条件下,MFC对污水中COD的降解率可达98.4%,输出电压和产电功率密度分别可达0.813 V和2 046.9mW/m~2,说明以MnO_2@graphene为阴极催化剂的MFC具有较好的产电性能和污水处理效能﹒     

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.     

微生物燃料电池性能优化及微生物分析

为了进一步提高微生物燃料电池的运行性能,提高硝酸盐降解率及改善电能输出情况,以城镇污水处理厂二沉池污泥为接种源,硝酸钠为电子受体运行典型单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)。以1g/L无水乙酸钠、50 mmol/L磷酸盐缓冲液为模拟废水成功启动MFC,运行稳定后,通过碳源、碳氮比(C/N)、硝酸盐浓度、温度4个因素来优化MFC运行性能。实验结果表明:在温度为30℃、无水乙酸钠为碳源、C/N=5∶1、硝酸盐质量浓度为200mg/L时MFC运行性能最佳,硝酸盐去除率均可达到90%以上,最大电压可达到0.462V。最佳状态下经6个周期运行,MFC最高电压为0.62V,功率密度高达4.53 W/m2;交流阻抗分析最佳运行状态下MFC内阻为130Ω,扫描电镜观察到电极表面微生物种类及数量均明显增多。研究证明MFC可以作为含硝酸盐废水产能净化的有效技术。     

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。     

单室微生物燃料电池处理生活污水特性研究

目的研究单室微生物燃料电池(MFC)在间歇运行条件下对COD、NH+4、TP和NO-3的处理效果.方法采用石墨板为阴极,构建了单室空气阴极微生物燃料电池,以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源.结果进水COD质量浓度400~900 mg/L,出水COD质量浓度维持在100 mg/L;NO-3去除率可达到90%以上.单室空气阴极微生物燃料电池可以有效降解污水中的有机物,COD去除率可以达到80%以上,但COD的质量浓度并不是影响MFC电压的主要因素.微生物燃料电池对NH+4和TP去除率都较低,同时表明阳极室中的NH+4和TP并没有参与微生物燃料电池的产电反应,NH+4和TP的质量浓度对微生物燃料电池的电能输出也没有明显影响.结论 MFC对于含NO-3的污水处理效果较好,但去除NO-3的同时对电池的产电效果影响很小.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

Studies on treatment of chlorophenol-containing wastewater by microbial fuel cell

A microbial fuel cell with 4-CP as oxidant was established to investigate the feasibility of 4-CP dechlorination in the cathodic chamber of MFC. It demonstrated good performance on electricity generation with Pmax 12.4 mW/m2 and CE 22.7%. Besides, 60 mg/L 4-CP could be completely dechlorinated in 45 h in the MFC, and 4-CP dechlorination process and electricity generation process had obvious synergistic effect.     

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件（membrane electrode assembly,MEA）设计并制作被动式直接甲醇燃料电池（directmethanol fuel cell,DMFC）．钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafionll7作为质子交换膜．PtRU／XC-72R作为阳极催化剂,Pt／XC-72R作为阴极催化剂．被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作．密封元件采用硅胶片制作．紧固件选用标准件．在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液．测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能．结果表明：当电解液中甲醇浓度从0．5mol／L经过1．0mol／L增大到1．5mol／L时．基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1．0mol／L。电池功率密度峰值为3．91mW/cm2．     

A study of electron-shuttle mechanism in <Emphasis Type="Italic">Klebsiella pneumoniae</Emphasis> based-microbial fuel cells

In microbial fuel cell (MFC), the rate of electron transfer to anode electrode is a key intrinsic limiting factor on the power output of MFCs. Using Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) strain L17 as biocatalyst, we studied the mechanism of electron shuttle via self-producing mediator in a cubic air-chamber MFC. To eliminate the influence of biofilm mechanism, the anode electrode was coated with microfiltration membrane (0.22 μm). Data showed that the microfiltration membrane coated and uncoated MFCs achie...     

Catalytic performance of nano-hybrid graphene and titanium dioxide modified cathodes fabricated with facile and green technique in microbial fuel cell

Finite resources of the world''s fossil fuel give rise to the irresistible urge to explore alternative renewable energy routes such as microbial fuel cells (MFCs). The limited productivity is one of the main obstacles for MFC scalability. In this study, a dual-chamber MFC was assembled and equipped with fabricated modified cathodes with titanium dioxide (TiO2) or hybrid graphene (HG) which mainly improved the catalytic activity of the cathode. The graphite paste (GP) bare electrode was modified by both nanomaterials using a green and facile technique. The results showed that the modified cathodes resulted in a considerable improvement for the MFC performance, i.e., the power density reaching levels of 80 mW/m2 for GP-TiO2 and 220 mW/m2 for GP-HG compared to 30 mW/m2 for GP electrode. Additionally, the modified electrodes exhibited lower charge transfer resistance (Rct) compared to the bare electrode. Therefore, these modified electrodes, fabricated by an eco-friendly method, could be used as alternatives to the precious expensive metals like Pt.     

基于Co/β-Mo2C修饰碳纸阳极的高性能微生物燃料电池

采用热处理辅助的化学法制备了Co/β-Mo₂C双金属碳化物，将其作为微生物燃料电池(MFCs)阳极催化剂. 采用扫描电子显微镜(SEM)，X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了形貌和组成，采用电化学交流阻抗(EIS)法、循环伏安(CV)法和单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)研究了其电化学性能. 结果表明:Co/β-Mo₂C具有良好的电催化性能以及出色的微生物相容性. 含有3 mg/cm2 Co/β-Mo₂C的阳极MFC最大输出功率密度和库伦效率分别为483.3 mW/cm2和3.7%，分别是未修饰的碳纸阳极MFC的1.30倍和1.68倍. 该研究可为开发高性能的微生物燃料电池阳极催化材料提供新思路.     

空气阴极微生物燃料电池处理模拟酸性矿井水的研究

酸性矿井水因pH值低、重金属离子含量高,难以直接采用硫酸盐还原菌生化处理.试验构建了空气阴极微生物燃料电池系统来处理酸性矿井水,有效处理废水H+和重金属离子,同时还能产电.构建的空气阴极微生物燃料电池系统(污泥量40mL,硫酸盐还原菌30mL,阳极材料为碳布,室温)的最大功率密度达到82.24mW/m2,最大电压为332.2mV;硫酸根的最大去除率达到41.6,对Zn2+、Cu2+、Cd2+和Fe2+的去除率分别达到83.7%、77.4%、84.2%和66.8%,化学需氧量的最大去除率达到60.9%.分析认为,空气阴极微生物燃料电池有效处理废水H+,弱化了H2S的生物抑制作用,强化了硫酸盐还原菌还原产生的S2-与重金属离子生成硫化物,并经能谱分析加以验证.     

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW12/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW12/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW12/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO4-)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW12/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理.结果 表明,当ClO4-浓度为700 mg/L时,PW12/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO4-平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m3·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW12/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW12/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻.PW12/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能.