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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

单室双阳极微生物电解池利用氢发酵废水产氢

为提高微生物电解池(MEC)利用氢发酵废水产氢速率,以丁酸为底物在微生物燃料电池(MFC)中驯化富集阳极产电微生物,采用单室双阳极MEC处理玉米秸秆的氢发酵废水,通过对关键过程参数的优化,实现氢发酵废水高效产氢。结果表明,当外加电压为0.8 V时,产氢速率和玉米秸秆氢发酵废水中COD的去除率分别达到(5.31±0.13)m~3·(m~3·d)~(-1)和(58±2)%。其中,乙酸、丁酸、丙酸、乙醇的去除率分别达到(95±2)%、(76.2±0.8)%、(93±3)%、(98±1)%。与单室单阳极MEC相比,单室双阳极MEC利用玉米秸秆氢发酵废水进行深度产氢的速率提高了1.22倍。此外,MEC生物阳极驯化方式对MEC利用玉米秸秆氢发酵废水产氢具有重要影响。与利用乙酸为底物驯化富集的生物阳极相比,以丁酸为底物驯化富集的生物阳极去除COD的能力和MEC产氢速率都有提高。     

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%。     

氯甲烷与偶氮染料混合废水的超声脱色

使用40 kHz超声(US)脱色氯甲烷(包括CCl4、CHCl3和CH2Cl2)与偶氮染料(包括甲基橙与铬黑T)混合模拟废水,考察了氯甲烷初始浓度对偶氮染料超声脱色和TOC去除的影响.结果表明:偶氮染料的单独超声脱色速率很慢;而在CCl4与CHCl3存在时超声能使偶氮染料短时间内脱色至无色,但对其TOC的超声去除促进作...     

铁碳布空气阴极微生物燃料电池的产电性能

使用铁代替铂作为阴极催化剂,制作含铁碳布空气阴极并构建单室MFC(Fe-C-ACMFC)。以乙酸钠为燃料,通过稳态放电法和循环伏安测试等测试手段,分析了不同铁含量对Fe-C-ACMFC产电性能的影响以及性能最优Fe-C-ACM-FC的连续运行稳定性。结果表明,随着铁含量的增加,Fe-C-ACMFC启动期开路电压(OCV)逐步提高,达到峰值后,随着铁含量的增加而降低;同样,Fe-C-ACMFC极化性能和功率密度等产电性能也随铁含量的增加先升高再降低;当铁含量为0.7 mg/cm2时,MFC的产电性能最优,最大开路电压为593 mV,表观内阻为89Ω,最大功率密度达到12 907 mW/m3,并且经循环伏安测试,电池放电容量几乎没有变化,表明Fe-C-ACMFC的性能比较稳定,能够长期运行。由于铁催化剂价格远远低于铂催化剂,因此,铁碳布空气阴极MFC更利于推广应用。     

铁氰化钾对双室微生物燃料电池曝气阴极性能的改善

为研究铁氰化钾对双室微生物燃料电池(MFC)阴极性能的改善效果,以碳毡和碳棒作为复合电极材料,乙酸钠为阳极电子供体,分别以氧气、铁氰化钾和氧气交替作为阴极电子受体.通过测定使用铁氰化钾作阴极电极液之前和之后的曝气阴极MFC的功率密度及极化曲线,比较曝气阴极MFC的内阻、开路电压(OCV)和最大输出功率的变化情况.实验结果表明,当以铁氰化钾作为MFC阴极电子受体时,MFC的内阻、开路电压和最大输出功率分别为24.2 Ω、744.2 mV和33.7 W/m3.曝气阴极MFC在采用铁氰化钾作电极液对阴极性能进行改善之前和改善之后的内阻由77.2 Ω降低到40.1Ω,OCV和最大输出功率分别由517.9 mV和2.1 W/m3提高到558.2 mV和4.4 W/m3.研究表明,铁氰化钾本身不仅具有优良的接受电子的能力,而且对电极材料(碳毡和碳棒)的电化学性能具有明显的改善作用,使得使用铁氰化钾之后的曝气阴极MFC的产电性能有了明显且持久性的提高.     

高盐条件下活性艳红K-2BP的生物脱色动力学模型研究

在高盐条件下,通过耐盐菌群对偶氮染料K-2BP废水厌氧降解动力学实验,模拟得出偶氮染料K-2BP和盐浓度对生物降解双重影响动力学模型.其抑制常数KIS和KT值分别为(329.5±175.8)mg/L和(39.7±27.1)g/L,并通过动力学模型预测的数据和实验数据对比,耐盐菌可用动力学模型描述其在高盐条件下对染料的降解.     

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。     

微生物燃料电池在污水处理中的研究进展

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)利用微生物催化剂将其代谢能直接转化为电能,具有原料广泛、反应条件温和、清洁高效等优点.简述了MFC的工作原理及分类,总结了用于污水处理的MFC的性能及其影响因素.探讨了MFC在实际应用中的瓶颈,并展望其在污水处理中的应用前景.     

微生物燃料电池中地杆菌对Ag+的耐受机理及其对产电性能的影响

微生物燃料电池(MFC)是污水处理领域的一个研究热点,地杆菌(Geobacter)因其出色的产电能力被广泛关注.自然水环境中,重金属等具有生物毒性的组分会影响Geobacter的生长生存和产电能力,进而影响MFC的产电性能.Geobacter对Ag+等多种重金属具有较强的耐受能力,然而其耐受较高浓度重金属的机理尚不明晰...     

空气阴极微生物燃料电池的构型优化及其快速测定BOD的性能评价

设计了一种新型双室空气阴极微生物燃料电池(MFC)并将其作为生物传感器,与传统双室空气阴极MFC进行对比,考察其电化学性能及用于快速检测BOD的性能.结果 表明:新型空气阴极MFC可有效提高功率密度并降低内阻,其功率密度最高为897 mW·m-2,而内阻最低为92 Q;该MFC可用于直接快速检测高浓度有机物的BOD,对...     

纳米铁对微生物燃料电池启动的影响

设置3组不同阳极底物的微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC):无添加污泥(对照组)、含化学合成零价纳米铁的污泥(c-n ZVI组)和含绿色合成零价纳米铁的污泥(g-n ZVI组),拟探究不同来源零价纳米铁(n ZVI)对MFC启动的影响。3组MFC经由5个周期启动,实验结果表明,在c-n ZVI组和g-n ZVI组的启功阶段,高浓度的绿色合成零价纳米铁和化学合成零价纳米铁均对MFC的输出电压产生抑制作用,当MFC成功启动后,零价纳米铁对MFC的输出电压影响不明显。此外,COD去除率、SEM和电化学表征数据表明,绿色合成零价纳米铁相比于化学合成零价纳米铁在电极表面富集程度、对电极表面性质改变以及产电菌活性的抑制作用更弱。     

微生物燃料电池型生物毒性传感器对5种典型农药的毒性检测

目前,微生物燃料电池(microbialfuelcell,MFC)型生物毒性传感器被广泛用于检测重金属、氰化物和抗生素等污染物,但将其应用于检测农药的研究极少.为此,探究了MFC型生物毒性传感器对溴氰菊酯、敌百虫、百菌清、莠去津和烟嘧磺隆5种典型农药的检测性能.实验结果表明:这5种典型农药的响应(产电抑制率)均与其浓度的对数呈良好的线性关系,且溴氰菊酯、敌百虫、百菌清、莠去津和烟嘧磺隆使MFC型生物毒性传感器产电抑制率达到10％的质量浓度分别低至0.016、0.070、0.013、0.005和0.033 mg·L-1;中毒后,MFC型生物毒性传感器的恢复时间随农药浓度的增加而延长,但240 min内均可快速恢复稳定;另外,这5种典型农药所配制的不同混合农药的生物毒性均高于单一农药.以上结果表明,MFC型生物毒性传感器对这5种典型农药的响应灵敏,检出限较低且中毒后恢复速度快,具有快速检测和预警水体农药污染的应用潜力.     

微生物燃料电池化学阴极与生物阴极处理含铬废水

采用双室微生物燃料电池(MFC)反应器,考察了不同初始Cr(VI)浓度下化学阴极与生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除情况。结果表明,在各Cr(VI)浓度梯度(20、28、32、36、40和44mg/L)下生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除性能均较化学阴极MFC更优,生物阴极最大输出电压为180.1mV,是化学阴极的1.3倍。随着初始Cr(VI)浓度的递增,两者对Cr(VI)去除的差异越明显,最终在Cr(VI)浓度为44mg/L时,生物阴极MFC的Cr(VI)去除率为66.4%,较化学阴极提高了55.1%。进一步由循环伏安扫描、电镜扫描及X-射线能谱分析证实生物阴极MFC较化学阴极MFC产电及去铬性能优越的主要原因除了生物阴极电极上电化学活性微生物的催化作用外,Cr(VI)还原产生的不导电Cr(III)沉积物在其电极上附着较少也是一个关键因素,该Cr(III)沉积物中含有Cr2O3。     

高压电晕与臭氧联用对不同结构染料脱色效果的比较研究

比较研究了高压电晕与臭氧联用对活性艳红X-3B(单偶氮)、活性艳蓝X-BR(蒽醌)、活性黑KN-GRRC(双偶氮)、酸性红ARL(单偶氮)、酸性蓝BRL(蒽醌)、酸性橙AGT(双偶氮)和分散蓝2BLN(蒽醌)7种染料模拟废水的脱色效果.结果显示,酸性橙AGT模拟废水的脱色速度较慢,而其他6种染料在15 min内都能完全脱色,这表明染料结构本身的差异决定了脱色效果;活性染料模拟废水的脱色效果优于酸性染料;蒽醌染料和单偶氮染料模拟废水的脱色效果明显好于双偶氮染料.     

微生物燃料电池降解邻苯二甲酸酯及同步产电特性

构建双室微生物燃料电池(MFC)装置,研究了分别以乙酸钠(NaAc)作单一燃料和乙酸钠+邻苯二甲酸酯(PAEs)作混合燃料条件下,MFC的产电性能及其对邻苯二甲酸酯的去除效果。结果显示,微生物燃料电池对邻苯二甲酸酯类废水的化学需氧量(COD)的总去除率可达89%~94%,对邻苯二甲酸酯的去除率均在70%以上。以2 g·L~(-1)NaAc+10 mg·L~(-1)PAEs作混合燃料时,MFC获得最大(面积)功率密度58.78 mW·m~(-2),电池内阻213.50Ω。实验结果表明,MFC能够利用高浓度邻苯二甲酸酯作燃料在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能这为环境激素类难降解有机物的高效低耗处理提供了一种新的研究思路。