微生物燃料电池的专利技术综述

检索了微生物燃料电池在中国的发明专利文献,综述了微生物燃料电池在废水处理中的应用及与现有技术中其他水处理技术耦合的专利进展,并对其实际应用的前景进行了展望。     

g-C3N4/MnO2@PANI光催化阴极的产电性能及其对废水中铜的回收效果

以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)、二氧化锰(MnO₂)及苯胺(An)为原料,通过溶液沉积法及化学氧化聚合法制得g-C₃N₄/MnO₂@PANI光催化阴极,将其应用于光催化微生物燃料电池(PMFC),考察其产电性能并回收含铜废水中的铜。表征结果显示,制备的电极层状结构上有球形和棒状小突起,材料致密。实验结果表明：g-C₃N₄/MnO₂@PANI光催化阴极产电最大功率密度为48.4 mW/m²,内阻仅有475.2 Ω,其产电性能较佳;g-C₃N₄/MnO₂@PANI光催化阴极的铜回收率达97.6%,重复使用4次后铜回收率均大于90%;回收的铜结晶性良好。     

双室微生物燃料电池处含银废水的产电性研究

以剩余污泥为阳极底,糖蜜废水为基质,Ag Cl废水为阴极电子受体,构建了双室微生物燃料电池(Two-chamber Microbial Fuel Cell,简称MFCs),并研究了电池的产电特性、库仑效率及金属去除率.结果表明:Ag+不仅可以作为阴极电子受体,而且还能稳定产电,外电阻为1000Ω时,获得的最大电压为514.5 m V,最大功率密度为65.82 m W·m-2.在阴极实现了对废水中Ag+的去除,最大去除率可达71.6%,而且Ag+浓度为2000 mg·L-1时,回收金属银单质质量为197.66 g.在阳极对废水的处理效果也很显著,库仑效率最高为2.66%,COD去除率最大为81.22%.     

电活性生物膜阳极构建及其对2，4，6-三氯酚同步降解和产电

为实现氯酚（CPs）的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池（MFC）体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜（SEM）、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m-2,对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物（环己醇）,其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.     

FeS对CW-MFC系统降解活性艳红X-3B效果及过程的影响

在自行构建的人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)系统中,以砾石填料为对照,研究了FeS对活性艳红X-3B脱色效果及降解过程的影响.结果表明,加在底层区域的FeS能够显著提高CW-MFC对活性艳红X-3B的脱色效果和系统产电性能.FeS的投加使得系统脱色率在进水活性艳红X-3B浓度200mg/L、葡萄糖浓度100mg/L条件下达到99.83%.在进水活性艳红X-3B浓度100mg/L、葡萄糖浓度200mg/L条件下,FeS组最大功率密度达到0.849W/m³.活性艳红X-3B在系统中的脱色主要发生在底层和阳极区域,由紫外-可见全波长扫描图谱和GC-MS扫描图谱可知FeS在该区域促进了偶氮双键的断裂,并有利于脱色产物苯胺、三嗪结构、萘环结构的进一步降解.     

科技博览

新型“甲壳虫”机器人有望加入灭火队伍；松下开发出家庭用燃料电池热电联产系统；以污养藻以藻养鱼。     

铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

聚电解质多层膜/α-Fe2O3改性阳极对MFC性能影响

文章利用层层自组装技术将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)及α-Fe_2O_3修饰到ITO导电玻璃上,并在其最外层修饰导电性良好的α-Fe_2O_3,将之作为微生物燃料电池(MFC)阳极与空白ITO进行比较。当外电阻为1 000Ω时,修饰了4层(PDADMAC/PSS)_4及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC具有最高功率密度,为0.25 W/m~2。修饰了4层、8层(PDADMAC/PSS)_8及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC最大电流均为0.45 mA,但修饰了4层的产电量更稳定。原子力显微镜数据表明(PDADMAC/PSS)_4/α-Fe_2O_3修饰的ITO导电玻璃的表面比较粗糙,这说明其具有较高的比表面积,更利于微生物的黏附。(PDADMAC/PSS)/α-Fe_2O_3修饰ITO后提高了MFC的产电量是由于ITO导电玻璃表面的物化性质改变促进了微生物产生的电子向阳极表面的传导所致。     

双室MFC同时处理活性污泥及氨氮废水的研究

为了探究双室微生物燃料电池同时处理活性污泥及氨氮废水的性能及机理,利用微生物燃料电池阳极室处理活性污泥,阴极室处理氨氮废水。分析了阳极室不同灭菌与未灭菌污泥的添加比例,阴极室是否接种硝化菌及不同氨氮初始浓度下微生物燃料电池的产电特性,通过各反应器的电流密度、功率密度及极化曲线变化来分析微生物燃料电池的最佳运行条件。通过化学需氧量(COD)、氨氮、微生物群落差异化分析微生物燃料电池处理活性污泥及氨氮废水的性能。结果表明:微生物燃料电池在阳极灭菌污泥与未灭菌污泥比例为1∶10时,阳极室COD去除率均达到80%以上,此时阴极室接种硝化菌且氨氮初始浓度为50 mg/L的条件下产电效果最好,获得电流密度峰值为366.38 m A/m~2,且峰值持续时间最长;当阴极接种硝化菌时,不同的阴阳极室条件下阴极室氨氮都可以完全去除。     

氢动力车的困局与梦想

全球都在关注油价的节节攀升，消费者燃油支出的压力亦传达给汽车的生产商。为汽车寻求石油替代能源成为汽车公司，尤其是跨国汽车公司的战略。在替代能源的多个选项中，氢燃料电池广受业界青睐。