微生物燃料电池耦合处理重金属-有机废水性能研究

以双室微生物燃料电池(MFC)为研究对象,构建阳极为糖蜜废水、阴极为不同金属离子废水的微生物燃料电池,对其产电性能和去污能力进行测定。结果表明:微生物燃料电池可同时处理有机废水和金属离子废水,其中,Ag~+为阴极液时,其MFC稳定性最好,最高输出电压为198 m V、最大功率密度为23.1 m W/m~2、内阻为500Ω,Cu~(2+)为阴极液时分别为149 m V、13.9 m W/m~2、600Ω,Zn~(2+)为阴极液时分别为16 m V、1.9×10~(-6)m W/m~2、900Ω。阳极化学需氧量(COD)去除率以Ag~+为阴极液时最高,可达72%,Cu~(2+)和Zn~(2+)分别为54%和19.2%。阴极金属离子去除率Ag~+为72%、Cu~(2+)42%、Zn~(2+)19.8%。     

ELECTRICITY GENERATION COMPARISON OF TWO-CHAMBER MICROBIAL FUEL CELLS WITH DIFFERENT MEMBRANE

以乙酸钠为碳源,铁氰化钾溶液为电子受体,以普通双极膜(膜A)、特种双极膜(膜B)和质子交换膜(膜C)构建的微生物燃料电池进行产电性能的实验研究.得到如下实验结果:膜A开路电压为0.77V,最大体积功率密度为3.23W/m3,由线性拟合方程可知其内阻为91.22Ω;膜B电池的开路电压0.748V,最大体积功率密度为3.52W/m3,内阻为92.26Ω;膜C电池的开路电压为0.796V,最大体积功率密度为3.75 W/m3,内阻为79.29Ω.结果表明:各种膜在微生物燃料电池产电性能方面相近.通过膜效率的分析,在微生物燃料电池中,采用离子交换膜替换价格昂贵的质子交换膜是可行的.     

阴极电子受体对微生物燃料电池性能的影响

以双室型微生物燃料电池为试验装置,比较铁氰化钾、重铬酸钾、高锰酸钾作为阴极电子受体时微生物燃料电池的电压和功率输出。结果表明,高锰酸钾与重铬酸钾混合电子受体对微生物燃料电池性能的提高没有显著效果,不如两者的单独表现;高锰酸钾对应的最高输出电压可达1 160 mV,但很不稳定,会很快下降到600 mV左右,在实际应用中有一定障碍;在酸性条件(pH=3.0)下,重铬酸钾的开路电压为1 081.2 mV,最大输出功率密度为35.1 W/m3,电池内阻为170.27Ω,而且表现稳定,是理想的阴极电子受体。     

微生物燃料电池产电性能试验研究

以双室微生物燃料电池为研究对象,考察了电极间距、电极面积比和阳极室填充活性炭颗粒,阳极室填充液浓度、pH值、流通速度对微生物燃料电池输出电压和功率密度的影响,通过分析建立最优双室微生物燃料电池模型。研究结果表明,微生物燃料电池的最大输出电压为544.3 mV,最大功率密度为341.38 mW/m2,在微生物燃料电池运行1 500 min后,利用极化曲线法测定电池的内阻为375Ω。     

非对称气体扩散电极对空冷自增湿质子交换膜燃料电池性能的影响

通过对阴极和阳极气体扩散电极(GDE)采用不同厚度的碳纸、不同PEFE载量等方法研究了非对称气体扩散电极对空冷自增湿燃料电池性能的影响。通过实验得出:增大阳极扩散层厚度、减小阴极扩散层厚度均能提高电池性能,而且通过提高阳极疏水性,降低阴极疏水性,能够保证促进阳极保水和阴极排水,提高电池性能。得到的阳极PTFE含量60%,阴极PTFE含量20%的非对称型GDE组装的电池性能比PTFE含量40%的对称疏水GDE制备的PEMFC性能高5%,比商业的SIGRACET~(?)高9.16%。电池在50℃自增湿条件下工作的最大功率达到643.2mW·cm~(-2)。     

碳粉催化剂镍基体空气阴极微生物燃料电池特性研究

试验以泡沫镍材料作为空气阴极MFC的电极材料,并利用碳粉作为催化剂,在1.24 A/m2的电流密度下获得了214 mW/m2的最大功率密度输出。电位分析结果表明,阴极开路电位为+12 mV,阳极开路电位为-466 mV。采用改变外阻的调节方式,获得了18.6%~57.8%的库伦效率。试验结果表明,碳粉可以作为催化剂材料在泡沫镍基体空气阴极MFC系统中使用。     

石墨束微生物燃料电池产电性能研究

试验研究了以乙酸钠为燃料,以石墨束为阳极的双室微生物燃料电池的产电情况.试验结果表明,经过6d的启动期,电池输出电压达到稳定状态,以乙酸钠为燃料时最大输出电压可达到698mV,并可持续10d左右,电池内阻为44.6Ω,最大体积功率密度可达6 321.1 mW/m3,最大面积功率密度为745.5 mW/m2,COD的去除率可达85%以上.燃料电池在外阻为510Ω条件下运行1个周期,其库仑效率约为20%.     

MnO2为阴极催化剂的微生物燃料电池处理城市垃圾渗滤液研究

主要针对城市垃圾热解预处理过程所产生的渗滤液进行研究。首先改变城市垃圾堆放温度和堆放时间,发现城市垃圾于40℃堆放6 d后所得的渗滤液中生物需氧量(Biological Oxygen Demand,BOD)、氨氮浓度约为20800、1410 mg/L,B/C比、B/N比分别为0.32和14.8,营养物质较均衡,易于生化处理,且将其进行微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理时,电池可获得0.29 V的稳定输出电压。随后,以上述渗滤液为MFC阳极基质,考察廉价易得的Mn O2作为阴极催化剂对空气阴极单室MFC电池性能以及渗滤液中有机污染物去除率的影响。结果发现,由于Mn O2催化氧还原,加速了MFC阴极接受电子的速度,使得MFC电池性能有较大提高。其中,MFC的最大功率密度由0.16 W/m3提高到0.88 W/m3,而电池稳定输出电压明显升高至0.43 V,且阳极渗滤液中BOD和NH4+-N去除率也分别达72.9%和91.6%,比对照MFC分别提高8.1%和5.0%。     

以模拟有机废水为基质的单池微生物燃料电池的产电性能

利用自制单池微生物燃料电池,以破碎厌氧颗粒污泥上清液接种,以葡萄糖模拟废水为基质,成功获得了电能。含有质子交换膜的微生物燃料电池经过206h的连续运行,最高功率密度达到了141.5mW/m2,库仑效率最大为6.9%;不含质子交换膜的微生物燃料电池具有更好的产电能力,其最高功率密度为269mW/m2,库仑效率为6.6%;扫描电镜观察发现,阳极表面的产电细菌以一种短杆菌为主,在质子交换膜表面的细菌则以椭球菌为主。     

电极间距对单室微生物燃料电池处理老龄垃圾渗滤液性能的影响

以体积分数为60%的老龄垃圾渗滤液为单室无膜空气阴极微生物燃料电池底物,考察电极间距分别为1、2、3、4、5 cm时电池产电性能及底物中物污染物的去除效果。结果表明,间距为2 cm时输出电压和最大功率密度最大,间距为4 cm时输出电压和最大功率密度最小;电极间距为1～3 cm时电池内阻随电极间距的增大而增大,而电极间距大于3 cm时电池内阻随电极间距的增大而减小。电极间距为2 cm时,微生物燃料电池(MFC)对老龄垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)和氨氮去除率最高;5个电池的库伦效率分别为35.6%、27.6%、35.4%、14.9%和14.9%,单室无膜空气阴极MFC可在一定程度上提高老龄垃圾渗滤液的可生化性。