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。     

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.     

微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展

微生物燃料电池集产电和污水净化为一体,作为一种新型的能源回收技术得到人们的广泛关注。从微生物燃料电池工作原理来看,电子能否顺利地传递到阳极表面对于电流的产生起着关键作用。因此,本文重点阐述了电子在产电微生物体内产生的途径、电子从微生物体内向阳极传递的不同方式以及阳极材料对产电微生物附着和电子传递的影响。从生物化学、电化学和材料学上对产电微生物体内的电子到阳极整个过程进行全面的综述。明确电子传递的关键环节,为新型高效阳极材料的开发提供思路。     

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...     

微藻型微生物燃料电池的研究进展

在石油资源日趋紧张以及环境恶化日趋严重的今天,微生物燃料电池(MFC)因其可同时实现污水处理和能源回收而受到广泛关注。微藻技术与MFC技术结合产生的微藻型MFC系统得到证实并随之兴起,其中尤以微藻生物阴极型MFC因可实现污水处理、零碳排放、CO2捕捉、太阳能捕获及电能、生物柴油、藻体残渣有价回收等多重功能,成为研究热点。文章根据其中微藻所起的不同作用将微藻型MFC系统分成三类,在参阅大量文献的基础上进行了全面综述,并由此对构建高效微藻生物阴极型MFC进行了探讨,提出了计算机辅助菌种选择技术等相关设想,最后对微藻型MFC的发展提出了展望。     

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。     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究

阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanoregula的相对丰度分别为PSM1处理组13.05%、SM处理组11.73%、PSM2处理组16.02%,P-SMFC处理组的丰度相对较高.     

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。     

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-人工湿地耦合系统研究进展

微生物燃料电池-人工湿地耦合系统(CW-MFC)是一种新型污水处理工艺,该系统在增强污水处理效果的同时提高了产电性能,具有广阔的应用前景。综述了CW-MFC系统的研究现状,并将影响CW-MFC系统处理效果和产电效率的因素概括为组成要素、结构特点和运行参数3个方面。论文最后总结了系统当前存在的问题,并对未来的研究方向进行展望。     

微生物燃料电池技术治理重金属污染的研究进展

随着工业的快速发展,重金属污染日益严重,传统重金属污染治理技术存在成本高、容易产生二次污染等问题。微生物燃料电池作为新兴的污染治理技术,可在处理污染物的同时回收能量,引起研究者的广泛关注。文章从阴极同步还原、阳极协同去除及与其他工艺结合等方面,综述了微生物燃料电池去除重金属离子的研究进展,并且分析评价了微生物燃料电池在治理重金属污染方面的优势,即不仅可以有效去除重金属离子,还可以回收有价金属,并进一步展望了微生物燃料电池在重金属污染防治与资源回收及与其他工艺结合方面的发展前景。     

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。     

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。     

不同废水基质条件下微生物燃料电池中细菌群落解析

搭建了1 个小型连续运行的无介体微生物燃料电池(MFC),分别以2 种不同的有机废水为进水基质,均成功地实现了连续产电,同时对废水中的有机物也具有很好的去除效果.以葡萄糖为基质的微生物燃料电池的输出电压为435mV,以厌氧出水为基质的燃料电池的输出电压为475mV, 2 种基质系统中,COD 去除率均达到60%以上.采用构建16S rRNA 基因文库、随机测序的方法,对不同基质阳极表面的微生物群落结构进行研究.结果表明,产电阳极表面的细菌种类会发生很大变化,但其中几类与产电相关细菌的相对含量的变化不大,主要是低G+C 革兰氏阳性细菌,变型细菌β 亚纲(β-proteobacteria) 和变型细菌δ 亚纲(δ-protecobacteria)的细菌.本试验中的高产电细菌可能属于地杆菌科(Geobacteraceae).     

石墨烯修饰电极微生物燃料电池及其抗菌性研究进展

基于石墨烯具有优异的物理化学特性,石墨烯修饰电极能有效提升微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,简称MFC)产电性能并降低制备成本,而成为MFC研究发展的重要方向.本文系统介绍了石墨烯及石墨烯复合材料修饰阳极和阴极MFC、石墨烯材料的抗菌性等方面的研究进展,提出深入探讨石墨烯修饰电极与MFC微生物的相互作用关系,协调MFC石墨烯修饰电极抗菌性及强化产电是今后石墨烯电极MFC研究的重要内容.     

微生物燃料电池的研究综述

微生物燃料电池是一种利用微生物的催化作用,将燃料中的化学能转化为电能,同时又可以处理废水的新型技术,具有显著的环境效益和经济效益。本文对微生物燃料电池的基本原理进行了详细的叙述,对一些影响微生物燃料电池在处理污水时发电的基本因素做了较全面的比较,同时也探讨了一些现阶段微生物燃料电池的瓶颈问题。展望了微生物燃料电池(MFCs)这一绿色技术的良好的发展前景。     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

喹啉为MFC阳极燃料的微生物群落结构演化分析

通过构建填料型微生物燃料电池(MFC),首次对以喹啉为燃料时的MFC阳极表面的微生物群落进行了分析.PCR-DGGE的试验结果表明,随着燃料的改变,微生物群落也发生改变.当以喹啉和葡萄糖的混合溶液稳定地作为燃料时,由于受到喹啉毒性的抑制,微生物多样性降低,优势菌也发生明显的改变.与葡萄糖共基质相比,以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变.新增加一类菌,这类菌与Pseudomonas sp. DIC5RS 的同源性为100%,推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用.     

微生物燃料电池回收氨氮合成微生物蛋白研究

基于微生物燃料电池(MFC)对有机废水中的氨氮进行回收,回收效率可达41.3%,同时产生95.5J的电能;在MFC体系中,氨氮迁移规律符合Levenberg-Marquardt方程(R²>0.95).进一步将回收的氨氮协同CO₂通过氢氧化细菌合成微生物蛋白,固碳效率为1.1LCO₂/(L·d),细胞干重产量为2.41g/L,蛋白质含量为49.4%,氨基酸的产量为1.19g/L.本实验产出的微生物蛋白的氨基酸含量高于斑鰶鱼,氨基酸种类多于市场植物蛋白饲料,具有较强的市场竞争力和实际应用潜力.本系统可协同转化CO₂和氨氮合成蛋白,提供绿色可持续的蛋白供应源,助力实现碳中和的目标,对有机废水资源化利用产生积极的推动作用.