微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池能够在处理有机污染物的同时回收电能,这种变废为宝的优势使其成为研究的热点。文章回顾了微生物燃料电池的发展历程,着重从反应器构型与材料、运行条件及电子传递机制等方面,系统地阐述了近年来研究的动向与进展,总结了微生物燃料电池可应用的领域,并针对当前研究的不足与面临的问题,提出了今后微生物燃料电池的发展方向与应用前景。     

微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.     

微生物燃料电池阳极室内电子受体竞争研究

采用不锈钢金属丝阳极构建了管状单室无质子交换膜空气阴极微生物燃料电池(MFC),并以葡萄糖为唯一电子供体,研究了该MFC的性能. 分别以含葡萄糖、葡萄糖+硝酸钾、葡萄糖+硫酸钠、葡萄糖+氯化铁的培养液注入MFC,分析和检测MFC外接电阻上的电压与各底物的起止浓度. 结果表明,MFC室内的电子受体氧化还原势越高,对固体电极接受和传输电子的影响越大,固体电极接受电子的能力介于NO₃-和SO₄2－之间,接近Fe3+.      

生物阴极型微生物燃料电池研究进展

生物阴极型微生物燃料电池利用阴极微生物作为催化剂,降低微生物燃料电池成本的同时提高运行稳定性,受到广泛关注。文章根据最终电子受体将微生物燃料电池分为好氧生物阴极型和厌氧生物阴极型两类,分别对其产电机理、产电及污水净化效果进行评述,在此基础上分析影响生物阴极型微生物燃料电池产电的各种因素,提出生物阴极型微生物燃料电池的发展方向。     

阳极初始电势对微生物燃料电池产电的影响

在微生物燃料电池中,阳极电势会对产电菌的富集和生长产生影响.为进一步明确阳极电势的作用,确定适合微生物生长的最佳阳极电势,在微生物燃料电池的阳极室中设置附加电路以改变阳极的初始电势,考察阳极初始电势对产电微生物的影响.将阳极初始电势设为350 mV时,产电微生物的生长明显变慢.而阳极初始电势为-200 mV和200 mV时,微生物的生长速度基本相同.稳定运行后,阳极初始电势分别为350、200和-200 mV的微生物燃料电池,阳极内阻分别为71、43和80 Ω.通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析微生物燃料电池稳定产电前后阳极微生物群落结构,虽然3个微生物燃料电池的阳极初始电势不同,但稳定后微生物群落结构相似,Clostridium sticklandii、Pseudomonas mendocina、Paenibacillus taejonensis在阳极的富集量最多,MFC对这3种细菌的强化富集作用最明显.     

微生物燃料电池的应用研究进展

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)可用的原料广泛,其广泛应用为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。介绍了MFC的原理,并结合其发展趋势阐述了MFC影响因素,具体包括电池构型、底物种类、电极材料和阳极微生物。此外,综述了近些年的MFC应用进展,具体涵盖污水处理、MFC与其他技术耦合以及MFC生物传感器等领域。最后展望了MFC发展的主要方向,包括对传统交换膜进行改造,或寻求膜替代材料;开发具有低电阻、抗腐蚀、高孔隙率以及高比表面积的新型阳极材料;加强MFC与其他技术耦合以及改善MFC传感器响应时间和灵敏度等措施。可为今后MFC技术的研究和应用提供参考。     

微生物燃料电池中底物的研究进展

微生物燃料电池是一种利用可溶性有机废物和可再生生物质等原料萃取电能的装置,而底物作为能量转化的能源物质,是影响 微生物燃料电池产电能力的重要因素之一.能够充当底物的有机质种类十分丰富,如多种低浓度有机废水和纤维素等,底物的种类不同,电池的产电能力也会存在差异.因此,有必要对这一系统中底物对电池产电性能及其他方面的影响进...     

微生物燃料电池用于废水能源化的研究进展

微生物燃料电池能将废水中有机物的化学能转换成电能,在完成污染去除的同时实现能量回收,是一种新型的环境生物电化学技术。文章介绍了微生物燃料电池的工作原理,系统地总结了微生物燃料电池的技术体系构成要素,从电极构造、产电微生物、质子交换膜、反应器设计等方面阐述了微生物燃料电池研究现状与存在问题。针对微生物燃料电池在未来工程应用要求,指出反应器构型设计、生物电化学技术耦合等为未来研究重点。     

水生植物在微生物燃料电池中的应用研究进展

微生物燃料电池在降解污染物的同时能将污染物中的化学能转化为电能。研究微生物燃料电池是对污水处理过程中回收环境友好能源的多学科交叉探索,可以为我国有效解决能源与环境问题提供新的技术途径。水生植物在微生物燃料电池研究中已得到了应用,显示出了良好的污水净化效果和生物产电特性。目前利用水生植物构建的微生物燃料电池,一类是将高等植物根区作为电池的阳极系统,目的是利用根区分泌物解决MFC的燃料问题;另一类是直接将低等水生植物藻类构建生物阴极型微生物燃料电池,其实质是利用藻类光合作用产氧构建好氧型生物阴极微生物燃料电池而还原CO2。文章对水生植物在微生物燃料中的作用机制、调控措施、运行条件、工艺参数等方面的研究现状进行了综合分析,也提出了需要深入研究的方向。     

微生物燃料电池中硫代谢的研究进展

微生物燃料电池(MFC)因其能同步降解废水中污染物并回收电能而备受关注。近年来,硫代谢过程在含硫生物电化学体系中扮演重要角色,硫元素对电池系统的物质转化及产电过程均有重要影响,涉及的两大类功能微生物为硫酸盐还原菌与硫氧化菌。文章根据硫元素转化的特点及反应机制,介绍了MFC中硫代谢过程的研究进展,包括硫元素的生物转化过程及其与有机物、氮元素、重金属元素等物质耦合作用,为含硫废水资源化处理提供参考依据。     

微生物燃料电池在脱氮方面的研究进展

近年来微生物燃料电池(MFC)处理含氮废水的研究受到了越来越多的关注。文章对用于脱氮MFC的研究进行综述,总结了不同观点的MFC脱氮原理,并与传统生物脱氮技术相比,分析了碳氮比、溶解氧、pH值等因素对MFC脱氮性能的影响,阐述了存在的问题及今后发展前景。     

Performance of low temperature Microbial Fuel Cells (MFCs) catalyzed by mixed bacterial consortia

Microbial Fuel Cells(MFCs) are a promising technology for treating wastewater in a sustainable manner. In potential applications, low temperatures substantially reduce MFC performance. To better understand the effect of temperature and particularly how bioanodes respond to changes in temperature, we investigated the current generation of mixed-culture and pure-culture MFCs at two low temperatures, 10°C and 5°C. The results implied that the mixed-culture MFC sustainably performed better than the pure-culture(Shewanella) MFC at 10°C, but the electrogenic activity of anodic bacteria was substantially reduced at the lower temperature of 5°C. At 10°C, the maximum output voltage generated with the mixed-culture was 540–560 m V, which was 10%–15% higher than that of Shewanella MFCs. The maximum power density reached 465.3 ± 5.8 m W/m~2 for the mixed-culture at10°C, while only 68.7 ± 3.7 m W/m~2 was achieved with the pure-culture. It was shown that the anodic biofilm of the mixed-culture MFC had a lower overpotential and resistance than the pure-culture MFC. Phylogenetic analysis disclosed the prevalence of Geobacter and Pseudomonas rather than Shewanella in the mixed-culture anodic biofilm, which mitigated the increase of resistance or overpotential at low temperatures.     

氧四环素的微生物燃料电池处理及微生物群落

氧四环素(OTC)作为一种广谱性抗生素而被大量使用,其滥用不仅直接破坏生态系统,更容易引起微生物耐药性和抗性基因污染等问题.本研究利用微生物燃料电池(MFC)处理OTC,研究OTC在MFC不同运行时期的去除率变化情况,发现在运行150 d后,MFC对10 mg·L-1OTC的去除率在132 h达到99.0%.利用高通量测序技术分析并比较了原始接种猪粪与运行150 d后MFC阳极生物膜的微生物群落结构,发现厚壁菌门(Firmicutes)处于优势地位,但相比于原始接种猪粪,MFC生物膜上的变形菌门(Proteobacteria)的丰度从2.84%提高至8.92%~22.75%,此外,真细菌属(Eubacterium)的比例从几乎为0.00%显著提高至20.49%~49.00%.根据现有研究报道,Eubacterium spp.对多种氧杂环芳香族化合物具有一定的生物降解能力,本研究表明Eubacterium spp.可能是一类具有较强OTC降解能力的功能微生物.     

微生物燃料电池中生物阴极的研究与应用现状

在简要介绍了微生物燃料电池的发展背景、原理和发展趋势的基础上,重点概述了微生物燃料电池阴极的发展现状,特别是生物阴极的研究与应用现状,最后对其目前存在的主要问题进行了分析,并对其今后的发展提出了展望。