微波污泥上清液为燃料的微生物燃料电池内阻分布

实验采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池（MFC）,考察了微波污泥上清液为燃料的MFC（MSMFC）的内阻组成。研究表明,当未投加氯化钠时,MSMFC内阻为486．13Ω。当投加100mmol／L的氯化钠时,内阻迅速下降为207．18Ω。而投加量进一步增加时,内阻变化不明显。当阳极面积从4cm2增加到8cm2时,MSMFC内阻从387．34Ω迅速下降到293．96n。而当阳极面积增加到24cm。时,MSMFC内阻变化不明显。但当阳极面积增加到60cm2时,MSMFC内阻下降了38．4％。当阴极面积从24．87cm2增加到49．74cm2时,MSMFC内阻减少了40．4％（从545．72Ω减少到220．56Q）。MSMFC中阳极内阻占主要部分,其次为阴极内阻,电解液电阻最小。随着阴阳极面积比的增加,阴阳极电阻比例减少,说明控制阴阳极面积比可以调整系统内阻的分配。     

双室和单室微生物燃料电池的研究及比较

微生物燃料电池(MFC)可分为双室和单室燃料电池.简述了双室和单室MFC的工作机制,综述了双室MFC中阳极(材料)、阴极(材料)、分割材料和单室MFC中"二合一"、"三合一"型以及无膜型电池的特点,比较并分析了双室和单室MFC在构型上的优缺点,以及两者在内阻、功率密度和库仑效率等方面产生差异的原因,展望了MFC的发展前景.     

双室污泥微生物燃料电池产电的影响因素

为了提高污泥产电的效率,研究了以城市污水处理厂剩余污泥为基质的双室微生物燃料电池产电的4个影响因素：电极面积、电极间距、污泥浓度和污泥起始pH。研究结果表明,小电极面积电池的输出电压比大电极面积电池低,而电池的输出功率则正好相反;电极间距较小时（4.5 cm）,电池的输出电压比电极间距较大（7.75 cm和13 cm）时高;实验的3个污泥浓度中,13.0 g/L为最佳污泥浓度,污泥浓度的升高或降低均会降低利用污泥产电的输出电压和单位污泥的产电功率,不利于污泥产电;当阳极室污泥的起始pH处于碱性时,电池的输出电压更高,污泥产电更好,其中pH为10.0时最好。极化曲线分析表明,这4个因素均会影响以污泥为基质的双室微生物燃料电池的性能。     

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。     

混合酶强化剩余污泥微生物燃料电池性能

为了提高剩余污泥为燃料的微生物燃料电池(SMFC)产电性能以及污泥减量化效果,在不同的温度(40、45和50℃)研究单室无膜微生物燃料电池中酶对SMFC产电特性的强化效果.加入单一酶(蛋白酶或α-淀粉酶)的结果表明,随着温度的上升,SMFC功率密度均上升,但40℃时强化效果最明显,与加入失活酶的对照组相比分别增加198％和130％.在40℃下,混合酶比(蛋白酶浓度:淀粉酶浓度)为2∶3时,SMFC最大功率密度为776 mW/m2.随着混合酶中淀粉酶的比例提高,SMFC库伦效率逐渐增加,当混合酶比为4∶1时,CE(库伦效率)可达18.3％,同时TCOD、TSS和VSS去除率分别为70.3％、66.7％和80.4％.因此,温度相对较低时,外加酶强化效果更明显;与单种酶相比,混合酶对SMFC产电性能和污泥减量化的强化效果更显著.     

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%。     

温度对淀粉酶强化污泥为燃料微生物燃料电池的影响

采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),对比分析了温度变化对淀粉酶强化剩余污泥为燃料的MFC(ESMFC)产电特性和污泥减量化效果的影响.研究表明,在40℃时ESMFC最大功率密度相对于参照组(投加等量失活酶系统)功率密度输出增加最大,为94%;此时CE也最大,为9.2%。这主要是由于在此温度下淀粉酶对系统的促进作用更明显。在45℃时,ESMFC系统中污泥减量化效果最好.当运行温度为45℃时,ESMFC中TCOD去除率为87.2%,投加等量失活淀粉酶的ESMFC中TCOD去除率为55.7%;ESMFC中VSS/TSS从原泥中的67.34%下降到28.07%,对照组则下降到45.61%。此研究对投加淀粉酶的ESMFC实际应用具有一定指导意义。     

微生物燃料电池法测BOD影响因素研究

以双室无介体微生物燃料电池构建了BOD检测系统,研究了阴极流量、有机物浓度(BOD)及阳极流量的变化对系统响应信号(电池电压)的影响,并考察了系统响应信号与BOD浓度的对应关系。结果表明:阴极流量在1.5～5mL/min时,阴极流量变化对响应信号具有显著的影响,且响应信号随阴极流量增大而增大;当阴极流量由5 mL/min增加到10 mL/min时,阴极流量变化对响应信号影响不显著。BOD浓度在10～150 mg/L时,响应信号随底物浓度增加而升高,而BOD浓度大于150 mg/L时,BOD浓度变化对响应信号没有显著影响。当BOD浓度较高时,阳极流量变化对响应信号影响不大,但当BOD浓度较低时,阳极流量变化对响应信号有显著影响,且响应信号随阳极流量增大而增加。电池稳态电压与BOD浓度在10～150 mg/L范围内成指数衰减关系,而电池电压的初始变化速率与BOD浓度在50～200 mg/L范围有线性响应。     

不同酶强化污泥为燃料微生物燃料电池特性对比分析

采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),对比分析了蛋白酶和淀粉酶强化剩余污泥为燃料的MFC(ESMFC)产电特性、酶特性和污泥减量化效果。研究表明,投加蛋白酶的ESMFC最大功率密度比对照组增加106.2%,投加淀粉酶时ESMFC最大功率密度比对照组增加48%。蛋白酶作用主要体现在投加后的前12小时,而淀粉酶作用时间则较长,为投加后的前144小时,但在运行前期,由于高温作用,导致系统内的酶活性较强,投加的淀粉酶作用则不明显。投加蛋白酶的系统内TCOD、TSS和VSS去除率分别为82%、65%和85%,而投加淀粉酶的系统内TCOD、TSS和VSS去除率分别达到86%、67%和88%。此研究对于ESMFC中外加酶的选择具有一定意义。     

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。     

Cost-effective treatment of sludge conditioning using supernatant fluid polyelectrolyte

Environmental Science and Pollution Research - Treatment of activated sludge using pure polyelectrolyte and its supernatant fluids for sludge dewatering was examined. The supernatant was used for...     

不同阴极对微生物燃料电池产电性能的影响比较

阴极催化性能及材料对微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)的产电特性及制造成本有很大影响。本研究选用金属铂(Pt)、活性炭作为催化剂、聚四氟乙烯(PTFE)和道康宁1-2577作为阴极的扩散层、碳布和不锈钢网作为阴极的基体材料制备得4种阴极,分别考察了相应MFC的产电性能和阴极特性。结果表明,采用传统Pt催化剂+PTFE扩散层+碳布制备成的阴极(Pt-PTC),MFC的最大输出电压为560 mV,最大功率密度为808 mW/m2,而采用活性炭+道康宁1-2577+不锈钢网制备成的阴极(AC-DCS),MFC的最大输出电压为510 mV,最大功率密度为726 mW/m2,两者的MFC产电性能极为接近。SEM结果表明,活性炭催化层表面和道康宁1-2577扩散层分别比Pt催化层及PTFE扩散层的更均匀光滑。阴极线性伏安测定结果表明,AC-DCS与Pt-PTC的电化学氧化性能较为接近。AC-DCS阴极成本仅为Pt-PTC的1/300左右,是一种低成本扩大化生产MFC阴极的新方法。     

炼油废水微生物燃料电池启动及影响因素

以炼油废水为碳源,构建双室填料型微生物燃料电池,考察接种液、外接电阻等电池启动条件,以及电导率、pH值和缓冲溶液强度等溶液性质对电池产电性能的影响。利用微生物燃料处理炼油废水,COD去除率(52±4)%,含油量去除率(81.8±3)%;利用废水中存在的原生菌即可启动电池,但启动期长,外加接种液可快速启动电池;启动时外接电阻的大小对电池稳定运行后的输出功率有明显影响,对电池内阻影响相对较小,当启动外接电阻为2 000Ω,电池输出功率最大,为288 mW/m3;随阳极溶液电导率电池增大,电池内阻降低,输出功率升高;pH值变化对电池阳极电势影响较大,进而影响电池输出,当溶液pH为9时,电池输出电压最大(388 mV),pH过高或过低均不利于电池产电;随着缓冲强度的增大,电池输出电压增大,且PBS缓冲强度的增大可从电导率增大和改善质子传递条件两方面提高电池的输出功率。     

石墨烯/碳化钴钼复合材料作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钴钼。用透射电镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）表征了材料的形貌和结构。用循环伏安（CV）表征了其氧还原（ORR）催化性能,结果表明,复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料。旋转圆盘电极（RDE）实验表明复合材料的氧还原反应为高效的四电子转移过程。含有6 mg·cm-2石墨烯/碳化钴钼复合材料作为阴极催化剂的微生物燃料电池（MFCs）最大功率密度为418 mW·m-2,达到商业铂碳的68.3%。因此,廉价的石墨烯/碳化钴钼复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。