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%。     

处理过的老龄垃圾渗滤液为阴极液的微生物燃料电池性能研究

处理过的老龄垃圾渗滤液与好氧污泥悬浊液的混合液按不同体积配比(0%、25%、50%、75%和100%),作为阴极液,构建生物阴极型微生物燃料电池(MFC),研究其产电特征以及对阳极底物和阴极液中污染物的处理效果。结果表明,处理过的老龄垃圾渗滤液作为阴极液时,MFC对化学需氧量(COD)和氨氮的去除率较其作为阳极液时分别提高2.27倍和42%。处理过的老龄垃圾渗滤液与好氧活性污泥悬浊液的混合液作为阴极液可提高MFC的产电性能和对污染物的去除效果。以体积比为75%的处理过的老龄垃圾渗滤液作为阴极液时,能显著提高MFC产电效果,输出电压和输出功率密度最大,分别为498 mV、295.2 mW/m~3,内阻最小为244Ω,阳极COD去除率最高为44.81%。     

单室微生物燃料电池产电特性研究

采用石墨板为阴极构建了单室空气阴极微生物燃料电池(MFC),以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源,研究了该MFC在间歇运行条件下的产电性能、电池内阻情况和COD去除率。结果表明,最高输出电压随着周期数增加而增加,由0.075 9 V上升到0.200 6 V,最大输出功率密度为34.80 mW/m2;在一个运行周期内,电池内阻随着时间的延长而逐渐增大,由376.6Ω上升到682.0Ω,电池内阻的增大将导致输出电压降低。COD去除率由起始的49.23%达到最大值86.99%,说明此单室空气阴极微生物燃料电池在产电的同时处理污水的效果也较好。     

微生物燃料电池MnO_2及活性炭混合催化剂的制备及其性能研究

利用机械混合及化学复合两种混合方式制备出用于微生物燃料电池(MFC)阴极的Mn O_2与活性炭导电材料的混合催化剂,混合质量比分别为1∶3,1∶1和3∶1。将以各催化剂制作的碳布阴极置于空气阴极MFC中运行,利用线性扫描伏安法测试碳布阴极的性能。研究表明,两种混合催化剂均在混合质量比为1∶1时具有最佳性能;化学复合催化剂MFC的最大功率密度达到336 m W/m~2,是单纯使用Mn O_2粉末时的2.51倍,优于机械混合的催化剂。     

锌掺杂碳纳米管电极在微生物燃料电池中的应用

以锌掺杂碳纳米管电极为阳极,柔性石墨为阴极,葡萄糖为阳极室供给基质,构建双室微生物燃料电池(MFC),考察锌掺杂量、葡萄糖浓度、温度等因素对MFC产电性能及有机物降解率影响。结果表明,锌掺杂改性的碳纳米管,能加速阳极产电微生物膜形成,提高微生物膜产电能力。在外电阻2300Ω,葡萄糖浓度1257mg/L,Zn S掺杂量0.5 g,温度40℃时,MFC性能最佳,其最大输出电压为1030 m V,最大输出功率31.2 m W/m2,COD去除率92%。     

阳极材料对微生物燃料电池性能影响的研究

以石墨、碳纸、碳布和碳毡为阳极材料,研究不同材料在微生物燃料电池中的产电性能,并利用循环伏安法比较不同材料的电化学活性。结果表明:在电池性能方面,以石墨为阳极微生物燃料电池电压可达0.678V,输出功率为250mW/m2;碳毡电压达0.656V,输出功率204mW/m2,碳纸0.649V,输出功率156mW/m2;碳布最差,电压不稳定,输出功率56mW/m2。循环伏安曲线和电极材料表观吸附量:碳毡作为阳极材料,具有明显的氧化峰和还原峰,对导电微生物具有显著的吸附量,其次是石墨,碳纸次之,最差的是碳布。     

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。     

基于广州市政垃圾渗滤液的MFC性能及阳极微生物分析

为了分离纯化可适应渗滤液极端环境的产电菌,以广州市白云区李坑和兴丰两处垃圾填埋场获取的渗滤液为底物运行微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）,待稳定输出多个周期后剪取阳极碳布进行单菌落培养和电镜扫描。结果显示,各组渗滤液底物MFC均能成功启动。李坑四季样的MFC峰值电压分别为0.334、0.331、0.321、0.328 V;兴丰四季样的MFC峰值电压分别为0.512、0.54、0.523、0.536 V。对各组渗滤液底物微生物燃料电池的阳极进行菌株分离纯化并单菌落培养构建阳极微生物系统发育树,发现经过MFC驯化后的阳极菌株具有较高丰度和差异性;SEM扫描发现各组实验中菌株均吸附在阳极碳布上形成稳定的膜结构,根据产电呼吸的基本电子传递机制推测渗滤液底物MFC中的微生物通过与阳极直接接触来传递电子。     

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%。     

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。     

不同阴极催化剂对城市垃圾渗滤液微生物燃料电池处理的影响

以城市垃圾渗滤液为阳极液基质,比较以MnO_2和TiO_2为阴极催化剂时,对MFC电池性能以及渗滤液中有机污染物去除率的影响。结果表明,MnO_2和TiO_2作为阴极催化剂,可催化氧化阴极最终电子受体(O_2)、提高电子传递速率,最终提高电池性能。阴极负载MnO_2后,电池性能显著提高,稳定输出电压和最大功率密度分别增大到0.43 V和0.89 W/m~3。与未负载阴极催化剂的MFC相比,经MFC运行7 d后,渗滤液中的生物需氧量(BOD)和NH_4~+-N去除率分别提高8.1%和5.0%,达72.9%和91.6%。但由于缺少光照,阴极负载TiO_2后电池性能无明显改善,稳定输出电压仅为0.23 V,最大功率密度仅0.12 W/m~3,且渗滤液中有机污染物的BOD和NH_4~+-N去除率比负载MnO_2催化剂的MFC低8.8%和5.7%。     

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)。     

电极面积和电极间距对立方体型MFCs产电能力的影响

以生活污水为底物,普通石墨棒为电极,构建立方体型双室微生物燃料电池(MFCs),研究了阴、阳极电极面积和电极间距对MFCs产电能力的影响。试验结果表明:当阴极表面积作为唯一变量时,阴极表面积越大,电池的产电性能越好,当Acat∶AAn=5时MFC产电最佳;当阳极面积作为唯一变量,AAn∶Acat=0.41时,电池产电能力和运行效果最佳;减小电极间距能有效地减少内阻,同时有利于底物和生成物的流动传质;提高输出功率,电极间距为21 mm的装置产电能力和运行效果最佳。     

活性炭与TiO_2混合催化镍基体生物阴极微生物燃料电池性能研究

以发泡镍为基体,柱状活性炭颗粒和Ti O2粉末均匀混合后作为催化剂涂覆在电极表面。将此复合电极作为双室生物阴极型MFC的电极,研究MFC的产电性能。结果表明:在运行周期内,系统最大输出电压可达到698.1 m V,稳定在500 m V以上的高电压输出时间为18 d;单位质子膜面积上可获得最大功率密度为183.33W/m4,质子膜的使用量明显减少,从而大大降低了MFC的产电成本。同时,阳极室对原生活污水COD去除率可达到74%,而库伦效率也可达到68.9%。试验结果表明,活性炭和Ti O2混合涂覆镍基体电极对双室生物阴极型MFC产电的催化效果良好。     

流化床电极直接碳燃料电池实验研究

将流化床电极应用到直接碳燃料电池(DCFC)中,得到一种新型的流化床电极直接碳燃料电池(FBEDCFC).为研究该燃料电池的输出特性,搭建了环形FBEDCFC实验装置,分析了反应温度、阴极气体流速、阳极气体流速、镍催化剂添加量和炭颗粒粒径对燃料电池放电曲线的影响.结果表明:反应温度为923K、阳极气体流速为18.59mm/s、阴极气体流速为19.57mm/s、镍催化剂添加量为45g、炭颗粒粒径为2.5~3.5mm时,可得到FBEDCFC的开路电压和最大输出功率密度,分别为0.896V和28.70mW/cm2.     

乳制品废水作为微生物燃料电池底物的研究

用乳制品废水作为阳极室底物构建双室MFC反应器,厌氧池污泥混合菌作为生物催化剂,阴极室分别使用不同浓度的KMnO4溶液和溶解氧DO作为电子受体,调节MFC影响因子与该厌氧池对应,计算试验数据并与厌氧池废水处理效果进行比较,同时观察MFC的产电性能。结果表明:双室MFC的产电效率和稳定性随着阴极室KMnO4浓度的升高而提高;当溶解氧DO作为电子受体时,MFC产电性能较低,具有成本低、无污染的优点;经不同组MFC分别处理乳制品废水后,COD去除率均优于普通厌氧池的处理效果。     

不同材料作为阳极扩散层对质子交换膜水电解池性能的影响

文章分别选用钛毡、烧结钛板与碳纸作为阳极气体扩散层,组装单节质子交换膜水电解池,并进行极化曲线和稳定性测试,以及交流阻抗测试和物理表征。研究结果表明:在常压,60℃的条件下,钛毡具有最好的电解性能;在电流密度为2.0 A/cm~2的稳定性测试中,烧结钛板扩散层、钛毡扩散层和碳纸扩散层的衰减率分别为65,73,386 mV/h;钛毡更适合作为质子交换膜水电解池的阳极扩散层。     

微生物燃料电池中多孔电极内电解液的复杂流动机理研究

微生物燃料电池（简称MFC）是一种能够把微生物作为催化剂分解有机物质从而产生电能的新型环境友好型能源装置.到目前为止,对于微生物燃料电池内在连续流的条件下流体穿过多孔阳极的对流现象,人们已经做了大量研究.然而,流体穿过多孔阳极的力学机理和多孔介质与MFC的定量关系还不是很清晰.实验发现当MFC装置的距离在某个特定范围时输出功率明显增大.基于这些实验得到的数据,我们利用格子Boltzmann方法研究了阳极与阴极之间的距离和多孔阳极达西数对MFC输出功率的影响.结果表明阳极与阴极之间的距离影响MFC中流体的速度和流体在多孔阳极中的滞留时间.此外,还发现多孔阳极的达西数能够影响MFC的输出功率.     

复合污染土壤中微生物燃料电池对铜和铅迁移去除的研究

为探究三室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFC)对土壤中复合重金属铜、铅的迁移去除机制,以柠檬酸为土壤淋洗剂,构建MFC-Cu、MFC-Pb和MFC-Cu-Pb 3组单一/复合重金属污染土壤MFC,并采用三级连续提取法(BCR法)提取分析和稳态放电法等手段,分析土壤MFC产电性能、重金属脱附竞争及去除情况。结果表明：MFC-Cu、MFC-Pb、MFC-Cu-Pb的最大功率密度分别是125.78 m W/m²、80.50 m W/m²、102.76 m W/m²,MFC-Cu和MFC-Cu-Pb的内阻分别是MFC-Pb的51.19%和61.71%。经脱附,MFC-Cu和MFC-Cu-Pb中可迁移酸可提取态Cu分别为84.63%和82.50%,MFC-Pb和MFC-Cu-Pb中酸可提取态Pb分别为52.72%和42.31%。土壤MFC对单一条件铜与铅的去除率为44.61%和11.65%,而对复合条件铜与铅的去除率为34.25%和4.54%。研究表明,土壤MFC的产电性能及重金属迁移去除效率受重金属...     

基于镧锶锰氧化物基阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能优化研究

为了提高基于镧锶锰氧化物(LaxSr1-xMnO3,LSM)阴极的中温固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的电化学性能,文章利用CuO清扫Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC)晶界的SiO2杂质以提高SDC的离子电导率,制备了复合电解质材料SDC-CuO,并将SDC-CuO和LSM结合成复合阴极材料,随后分别制备了以LSM和LSM/SDC-CuO作为阴极的SOFC,并研究了这两种SOFC的电化学性能。研究结果表明:在开路电压和工作温度为800℃的条件下,LSM/SDC-CuO基阴极的SOFC的极化电阻为0.14Ω·cm2,明显低于LSM基阴极SOFC的极化电阻(0.36Ω·cm2);LSM/SDC-CuO基阴极的SOFC的最大输出功率密度为237 mW/cm2,显著高于LSM基阴极的SOFC的最大输出功率密度(132 mW/cm2)。