温度、pH对微生物燃料电池产电的影响研究

采用SPSS分析软件,考察了双室微生物燃料电池(MFC)、单室MFC运行过程中,温度、pH与产电性能的相关关系。结果表明,碳纸双室MFC的日均电压与温度、阳极pH均未呈现显著相关关系,而与阴极pH呈极显著相关关系,产电的决定性因素为阴极反应;石墨毡/碳纸双室MFC日均电压与温度未呈现显著相关关系,而与阳极pH、阴极pH均呈极显著相关关系,产电的决定性因素为pH;单室MFC的产电性能受温度的影响较大,而pH对其影响不显著,对于单室MFC的运行调控应主要从温度入手。     

填充竹炭对微生物燃料电池性能的影响

微生物燃料电池(MFC)的阳极对提高MFC产电性能有至关重要的影响。利用竹炭比表面积大、吸附能力强等特性,将其作为"三合一"膜电极MFC的阳极填充材料,通过增大阳极比表面积来提高其产电能力。实验结果表明,加入竹炭至阳极室后,MFC最高输出电压(外接电阻1 000Ω时)由0.280V增大到0.387V,提高了38.2%,并且输出电压更加稳定;而最大功率密度也由原来的0.22W/m3增大到1.42W/m3,同时内阻降低了80.85%(由235Ω降为45Ω);库仑效率由15.0%增大到25.6%。说明MFC阳极室填充竹炭可以显著促进MFC的产电性能。     

外电阻对双阴极微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

为提高双阴极MFC的脱氮产电性能,构建了双阴极微生物燃料电池系统,考察了连续进水状态下阳极与缺氧阴极间外阻(R_(A-A))以及阳极与好氧阴极间外阻(R_(A-O))的变化对系统脱氮产电性能的影响。结果表明:只增大一侧电阻会降低厌氧阳极的库仑效率和功率密度,但能提高系统的脱氮效果;当R_(A-O)由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由43.81%提高到60.71%,当R_(A-A)由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由38.88%提高到61.52%;当总外阻固定在1 000Ω时,两侧电阻变化不影响阳极的功率密度和库仑效率,其分别保持在305.53 mW·m~(-3)和0.35%左右;电阻组合(R_(A-A)/R_(A-O))由500Ω/500Ω变化为100Ω/900Ω,TN去除率由62.32%提高到64.41%;系统的硝化效果随R_(A-O)的增大而增强,反硝化效果随R_(A-A)的减小而增强,总氮去除效果随总外阻的增大而提升。低R_(A-A)与高R_(A-O)的外阻组合能有效提高双阴极三室MFC的脱氮能力。增大总外阻,系统产电性能降低,阳极表面微生物膜氧化性不断减弱,总外阻不变,阳极表面氧化性变化不大。研究探明了外电阻变化对三室双阴极MFC脱氮产电性能的影响,为进一步提高MFC脱氮产电性能提供参考。     

阳极电势对MFC中产电的影响

在微生物燃料电池(MFC)中,与微生物接触的阳极自身电场环境就可能会对产电菌的生长和代谢产生重要影响,进而影响到MFC产电效能。为探索阳极电势的作用,本研究在微生物燃料电池的阳极室中通过设置附加电路来人为改变阳极电势,考察了阳极电势对MFC产电的影响。结果表明,当阳极电势在-380 mV降低到0 mV过程中,MFC输出功率提高。当阳极电势小于200 mV时,COD去除效率在60%~73%之间变化不大。较低或较高的阳极电势均可增加电池的库伦效率。阳极电势处于-380 mV到0 mV下,厌氧微生物主要以丙酸型发酵为主,产生大量乙酸;COD的分解和利用是分阶段进行的。不同阳极电势下MFC内阻变化主要受浓差内阻影响。阳极电势为-200 mV时欧姆内阻最低,但电化学活性较高。     

剩余污泥微生物燃料电池的产电性能及有机物降解与阳极生物分析

构建了以二沉池剩余污泥厌氧发酵上清液为阳极底物的微生物燃料电池(MFC),考察了电池的产电性能、污染物去除效率及阳极微生物种群特征。结果表明,厌氧发酵污泥MFC作为污泥资源化的一种新途径,具有可行性。在厌氧发酵的预处理条件下,MFC体系稳定运行期间输出电压最高可达0.65 V,最大功率密度达86.89 m W·m~(-2),库伦效率为(5.12±0.5)%;与此同时TCOD去除率为(50.6±3.5)%。污泥在厌氧发酵阶段产生大量挥发性脂肪酸(VFAs),它们作为产电微生物易于摄取的阳极底物,能够促进污泥中有机质的去除,进而提高污泥MFC的产电效果。由阳极微生物群落结构可推断:产电和非产电细菌具有协同作用,共同维持MFC的稳定运行。     

厌氧流化床微生物燃料电池及其串并联性能

在高650 mm、有效容积1 280 mL的液固厌氧流化床单室无膜空气阴极微生物燃料电池(MFC)中,研究了燃料电池串并联产电和有机污水处理性能,同时考察了电极面积、活性炭装填体积、温度等因素对产电性能的影响。结果表明,将燃料电池串联,总电压等于3个单级电池的电压之和,约为2 100 mV,最大功率为0.12 mW,而单级电池最大功率为0.05 mW。并联时,输出电压为800 mV,和单级电池输出电压大体相当,而电流为单级电流的2倍。阳极面积增加1倍,产电量增大了30%;电压随活性炭装填体积的增大而增大;温度为40℃时,燃料电池的产电性能最好。     

电子受体对微生物燃料电池产电性能的影响

以厌氧污泥为接种菌源,醋酸钠为阳极基质,分别构建了铁氰化钾和过硫酸铵为电子受体的双室微生物燃料电池(MFC),并研究了MFC在不同电子受体下的产电性能。结果表明,以铁氰化钾和过硫酸铵为电子受体的MFC最大稳定输出电压均随着电子受体浓度的升高而增大。当铁氰化钾质量浓度大于2.0g/L时,MFC最大稳定输出电压增幅不大。两种MFC的内阻均随电子受体浓度的增大而降低。阴、阳极溶液体积相等,外阻为5 000Ω时,以10.0g/L过硫酸铵为电子受体,MFC最大开路电压和最大输出功率密度分别为1 029.0mV和385mW/m3;以10.0g/L铁氰化钾作为电子受体,MFC最大开路电压和最大输出功率密度分别为711.8mV和73mW/m3,均小于以过硫酸铵为电子受体的最大开路电压和最大输出功率密度。因此,过硫酸铵是一种理想的电子受体,能够提高MFC产电性能。     

不同pH下微生物燃料电池降解含硫偶氮染料废水的效能及其机理

构建单室空气阴极微生物燃料电池反应器(MFC)并用于处理含硫偶氮染料有机废水,研究初始pH对单室MFC的产电性能和对偶氮染料及硫化物的去除效果以及阳极生物膜电化学行为的影响.利用紫外可见光谱全波长扫描(UV-vis),高效液相(HPLC)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析偶氮染料还原反应过程的中间产物.结果表明,以...     

微生物发酵对MFC产电的影响

采用2瓶型微生物燃料电池(MFC),以葡萄糖为基质,对MFC内发酵产物和参与的细菌进行了分析,探讨了微生物发酵与产电之间的关系。结果表明,以葡萄糖为基质产电的过程中,葡萄糖被发酵成乙酸、丙酸、乳酸3种主要产物。乙酸和丙酸都可以直接被微生物利用产电,乙酸更易被产电微生物利用,且能产出较高电压的电;乳酸需经过进一步发酵转化为丁酸、丙酸和乙酸,丁酸经进一步代谢为乙酸和丙酸后才能被用于产电。在MFC发酵产电中后期,阳极表面生物膜里紧密聚集着大量杆菌,主要有Klebsiella sp.、Citrobacter sp.、Lactococcus sp.、Pantoea sp.以及Proteobacterium近缘菌,而在阳极室污泥中出现的优势菌为Citrobacter sp.、Clostridiales目的细菌、Eubacterium limosum近缘菌。因此,认为MFC产电是由发酵菌联合产电菌通过梯次降解基质、分步利用、协同代谢的结果。     

稳恒磁场作用下微生物燃料电池的产电特性和电化学阻抗谱分析

对混合菌接种的双室微生物燃料电池加载磁场强度为175 mT的稳恒磁场,利用电化学交流阻抗等电化学分析方法,考察了在磁场作用下微生物燃料电池（MFC）产电性能的变化,分析了磁场对MFC各部分内阻的影响。加载磁场使已启动完成的MFC的产电明显增强,开路电压提高了10%。加载磁场后最大功率密度为2.08 W/m2,大于加载前的1.58 W/m2,表观内阻由170Ω降至80Ω。电化学阻抗谱分析确定了阳极、阴极和全电池的等效电路模型,拟合结果发现阳极极化内阻约为5Ω。加载磁场使MFC的阴极极化内阻由74.98Ω降至56.73Ω。     

共基质下微生物燃料电池同步脱色甲基橙与产电性能

采用双室方形微生物燃料电池(MFC),以葡萄糖作为共基质,研究了共基质浓度对典型偶氮染料甲基橙在MFC阳极室中脱色效率及同步产电的影响。结果表明,在0~1.5 g/L浓度范围内,共基质浓度越大,甲基橙脱色率、COD去除率和最大输出电压越高。在共基质浓度为1.5 g/L,进水甲基橙为300 mg/L的条件下,8 h的脱色率高达95%,且在1 000Ω外电阻下,最大输出电压达到662 m V;在无共基质条件下,8 h内对300 mg/L甲基橙的脱色率仅为7.5%,最大输出电压仅达到140 m V。厌氧对照实验表明,甲基橙在MFC中可以实现加速脱色,反应8 h后甲基橙在MFC中的脱色率提高了57%。该研究为开发新型MFC降解偶氮染料废水技术提供了理论依据。     

微生物燃料电池处理污染废水的研究进展

微生物燃料电池(MFC)在处理污染废水的同时还能产生电能,成为环境和能源领域的研究热点之一。结合典型MFC结构,分别介绍了阳极室、阴极室和中间室所具有的不同功能,比较分析了各个室去除污染物的基本原理和当前的研究进展,讨论了MFC应用于实际工程中存在的问题,展望并提出了未来MFC的发展目标及发展方向。     

双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水

基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),针对阴极分别接种活性污泥(A-MFC)和反硝化细菌(D-MFC),研究其产电情况和硝酸盐废水去除效果。结果表明,在产电的同时都可有效去除废水中的硝酸盐污染物。在外接电阻100Ω的情况下,2种MFC均具有良好的产电性能,A-MFC和D-MFC达到的最大输出电压分别为119.6 mV和117.2mV,最大功率密度分别为23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同时两者在阴极室的平均反硝化速率分别为1.86 mg/(L.d)和2.19 mg/(L.d),阳极室的平均COD去除率分别为81.9%和82.4%。另外,通过扫描电镜观察可知,A-MFC和D-MFC阴极碳布表面形貌存在差异,并且阳极与阴极碳布表面形貌差异显著。     

以两种酚类有机物为基质的微生物燃料电池产电特性

以城市污水处理厂的厌氧污泥为接种微生物,在外电阻为1900Ω下,采用双室微生物燃料电池(MFC)分别对以难降解的有毒有机物2,4-二氯苯酚(DCP),对硝基苯酚(PNP),对硝基苯酚和2,4-二氯苯酚为基质时进行有机物降解和产电性能的研究。实验结果表明以DCP(50 mg/L)为单一基质时,MFC的运行周期长达225 h左右,负载两端的最大电压值达393.7 mV,库仑效率为13.73%;而以PNP和DCP为混合基质时,PNP明显促进DCP的降解,使得DCP的去除率高达64.52%,同时PNP的去除率也达到94.47%。实验最终表明,MFC能够以2,4-二氯苯酚和对硝基苯酚为基质,在实现DCP和PNP降解的同时可稳定高效地向外输出电能。     

石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷(SSB)和泡沫镍(Ni-foam)为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物(GO)通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极(GOA-SSB/Ni-foam),将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示:在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119m W·m~(-2),比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜(SEM)表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗(EIS)结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼(Raman)表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。     

微生物燃料电池处理含铜废水的研究

构建了以乙酸钠为阳极基质、Cu~(2+)为阴极电子受体的双室微生物燃料电池(MFC),考察了该MFC处理含铜废水的效果及Cu~(2+)浓度对MFC产电性能的影响。通过改变阴极液中CuSO_4的质量浓度(20~130mg/L),测试了MFC运行过程中的输出电压、输出功率密度、内阻、Cu去除率等指标。结果表明:Cu~(2+)可作为MFC的阴极电子受体;在外电路电阻为1 000Ω的条件下,Cu~(2+)质量浓度为130mg/L的MFC性能最佳,其稳定输出电压为0.33V、最大输出功率密度为114.42mW/m~2,内阻为231.62Ω,最高Cu去除率为84.59%;通过X射线衍射测试发现,阴极还原产物为Cu_2O。     

厌氧污泥和Geobacter sulfurreducens接种MFC的产电性能及其修复Cd污染土壤研究

利用混合菌种(厌氧污泥)和单一菌种(Geobacter sulfurreducens)以不同接种方式搭建单室土壤微生物燃料电池(MFC)反应器,考察不同MFC的产电性能及其对Cd污染土壤的修复效果。结果表明,将混合菌种集中接种于阳极碳毡表面的MFC1运行效果最佳,其在2d即可完成启动,输出电压稳定在0.225V左右,最大功率密度为35.00MW/m2,内阻为515.5Ω。土壤修复效果与MFC产电性能相关,MFC1产电性能最佳,因此土壤修复效果最好,稳定运行30d后阴极Cd富集率最高,达19.02%     

不同驯化方式对以苯酚为基质的微生物燃料电池产电性能的影响

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了单室微生物燃料电池（MFCs）,考察了梯度驯化、直接驯化和间接驯化3种不同驯化方式对MFC降解苯酚及产电性能的影响。结果表明,MFC在闭路状态下对苯酚的降解速率比MFC在开路状态下的苯酚降解速率加快10%～20%,说明MFC在产电的同时,可加速苯酚的降解。当以600 mg/L的苯酚溶液为单一燃料,反应68 h后,3种驯化方式下的MFC对苯酚降解率都达到90%以上。相对于其他2种驯化方式,梯度驯化条件最有利于MFC产电性能的提高及苯酚的降解,其最大输出功率为31.3 mW/m2,降解速率提高了7%～20%。     

不同阳极微生物燃料电池产电性能的比较

微生物燃料电池在处理废水的同时可以产生电能,有希望同时解决废水再利用和能量再产生的问题。采用单室无膜空气阴极微生物燃料电池,处理模拟生活污水,探讨MFC处理模拟废水的效果。研究了以碳布(MFC1)、碳布负载碳纳米管(MFC2)、碳纳米管(MFC3)和泡沫镍(MFC4)作为4种不同的阳极材料,对MFC系统的启动、内阻和产电特性进行比较。结果表明,4种不同阳极MFC在水力停留时间24 h的条件下,对COD有很好的去除作用,其中MFC2的COD去除效率最大,为91.4%。在不影响MFC系统处理废水效果的前提下,实验得到4种阳极MFC系统中MFC2具有最小的内阻,为173.7Ω;并且其功率密度也大于其他3种MFC,达到401.2 mW/m2。     

高盐废水MFCs不同阴极电子受体产电及微生物群落分析

为探查不同电子受体产电性能及对阳极微生物群落的影响,研究了3种电子受体(铁氰化钾、曝气阴极、过硫酸钾),构建了双室榨菜废水微生物燃料电池系统(microbial fuel cells,MFCs),实现了污水处理和能量回收的双重目的,探讨了不同电子受体(铁氰化钾、曝气阴极、过硫酸钾)对榨菜废水MFCs产电性能及阳极微生物群落的影响。结果表明:在产电性能方面,当过硫酸钾作为阴极电子受体时,电池输出电压、库仑效率、功率密度均优于另外2种常用阴极电子受体(铁氰化钾和氧气);在500Ω的外接电阻间歇运行的条件下,其输出电压、库仑效率、功率密度分别为802 mV、(33±1.6)%、697 mW·m~(-2)。阳极生物16S rRNA基因测序分析表明,水解发酵菌为榨菜废水微生物燃料电池阳极核心菌群,铁氰化钾、氧气和过硫酸钾MFCs阳极微生物菌群相对丰度分别为64.3%、63.6%和75.51%,包括Lentimicrobium、Synergistaceae、Sphaerochaeta、Anaerolineaceae、Draconibacteriacea菌属。阴极电子受体不同的MFCs的阳极微生物群落核心菌群类似,但是丰度有所不同。势差较大的电子受体(过硫酸钾)微生物群落多样性和丰富度较高,产电和污染物去除效果较好。