电极对微生物燃料电池同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响

实验以有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以含铜废水为阴极液,构建双室MFC,探讨电极对MFC同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响.结果表明:MFC对阳极有机废水COD的去除率最高为79.1%,对阴极液中Cu²⁺的去除率最高为95.6%.活性炭/石墨棒电极MFC产电性能最优,开路电压最高为800mV,是石墨棒电极MFC的1.25倍,是活性炭/碳纸电极MFC的1.3倍,是碳纸电极MFC的1.5倍.当电极距离为2cm时,MFC开路电压580mV,内阻为181Ω,产电性能最优.电极表面积为75cm²时,MFC的开路电压470mV,是电极表面积为50cm²的MFC的1.1倍,是电极表面积为30cm²的MFC的2.1倍.当A_An/A_cat=0.4时MFC产能最佳,MFC的开路电压最高为600mV,最大功率密度48.2mW/m².     

微生物燃料电池处理含铬废水并同步产电

以葡萄糖为阳极燃料、含铬废水为阴极液,碳毡为阳极、石墨板为阴极构建了双室微生物燃料电池,考察了阳极条件(底物浓度)及阴极条件(pH、初始六价铬浓度)对含铬废水的降解及MFC的产电性能的影响.结果表明低阴极液pH和高初始Cr(Ⅵ)浓度能改善MFC产电性能.当pH=2、初始六价铬浓度为177 mg/L、反应时间为10 h时,最大输出功率为108 mW/m~2,六价铬去除率为92.8%.阳极底物浓度对微生物燃料电池的性能也有影响.在微生物燃料电池中,阴极极化较小,表明该燃料电池有稳定的性能,微生物燃料电池对含铬废水的处理有应用潜力并能同步产电.     

微生物燃料电池去除水中低含量头孢他啶研究

通过构建单室微生物燃料电池(MFC)体系,考察了不同进水头孢他啶(CAZ)含量在1个换水周期内对于MFC产电及去除污染物能力的影响。结果表明,CAZ的加入会显著影响MFC的产电性能,最大功率密度从595.2mW/m²下降至201.3 mW/m²。在进水CAZ的质量浓度为0.2 mg/L时,微生物具有最强的生物活性,COD、CAZ和氨氮的去除率分别达到92.9%、87.3%及61.8%。阳极微生物相扫描电镜结果显示,投加抗生素后优势菌种从球状菌变成了短杆菌。通过液相色谱-质谱对CAZ可能的降解产物及途径进行了初步推导,初期分解为m/z=535与m/z=79的中间产物,并继续分解为m/z=275、m/z=263以及m/z=102等更小的物质,最终生成H₂O及CO₂等小分子。     

利用微生物燃料电池同步降解沼液和三苯基氯化锡

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100 μmol·L^-1 TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2 mV,最大功率密度为145.62 mW·m^-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273 μmol·L^-1·h^-1。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。     

MFC-MEC耦合系统产电性能及处理含镉重金属废水的研究

以厌氧活性污泥为阳极菌种,乙酸钠为阳极底物,硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池（MFC）阴极液,人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池（MEC）阴极液,构建MFC-MEC耦合系统,利用MFC的产电驱动MEC运行,在不消耗外部能源的情况下,实现含镉重金属废水中Cd²⁺的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明：MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能,但与此同时会造成MFC的内阻升高,随着MFC容积的增加,MEC中Cd²⁺去除率逐渐增加,但同时MFC阴极Cr⁶⁺去除率逐渐下降;MFC堆栈可以提高工作组两端电压,串联时最大输出电压为1509 mV,Cd²⁺去除率为69.3%;以钛板作为MEC电极时,微生物能有效附着在阳极表面,MFC阳极COD去除率为85%,MEC中Cd²⁺去除率为51.5%;MEC阴极液pH在3~5时,有利于含镉重金属废水的处理,Cd²⁺去除率80%以上。经XRD分析,MEC阴极还原产物为CdCO₃。     

GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,通过改善阳极特性可以有效提高微生物燃料电池的产电性能。通过恒电流法电沉积制备了氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩（GO/PEDOT）复合材料修饰碳毡（CF）阳极。通过循环伏安法和交流阻抗法考察了电极特性。将其应用到微生物燃料电池中,对其产电性能进行评价。结果表明,GO/PEDOT-CF电极具有较大的比表面积和优良的电化学性能;以GO/PEDOT-CF为阳极的微生物燃料电池,产电性能良好,其最大功率密度和最大电流密度达到1.138 W·m^-2和4.714 A·m^-2,分别是未修饰阳极的4.80倍和5.51倍。因此,GO/PEDOT复合材料是一种优良的阳极修饰材料,可有效提高MFC的产电性能。     

微生物燃料电池技术及其影响因素研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)作为一种绿色能源技术,通过微生物的氧化代谢作用将废水中的有机质降解的同时产生电能.然而,其相对较低的产电效率限制了MFC的工业化应用.该文介绍了影响MFC性能的诸多因素,如设备的构型限制、电极材料、阳极底物、阳极微生物和质子交换膜等,提出优化MFC的设计,提高MFC的产电性能,降低投入成本可解决MFC产业化应用的弊端,并对未来MFC的发展方向进行了展望.     

折流板式微生物燃料电池处理含铜废水及其产电性能

实验构建折流板式微生物燃料电池,以模拟有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以模拟含铜废水为阴极液,探讨折流板式MFC对产电性能及废水处理的影响规律。结果表明:当阴极液Cu SO4为5 000 mg/L时,折流板式MFC的产电性能最优,开路电压最高为666 m V,功率密度最大为88.0 m W/m2,电流密度最大为491.7 m A/m2。折流板式MFC能有效处理有机废水和含铜废水,对有机废水COD的去除率最高可达74.9%;对Cu2+的去除率最高可达到95.8%。折流板式MFC可回收铜,阴极板上的沉积物经XRD检测,为Cu2O和单质铜的混合物。     

乳酸菌微生物燃料电池产电性能及产电机理研究

采用双室微生物燃料电池（MFC）,以乳酸菌为产电微生物,并以葡萄糖为唯一的电子供体,研究MFC的产电性能以及乳酸菌MFC产电机理。在30 ℃下,底物浓度为1.5 g/L时,该MFC的开路电压稳定在500 mV。实验条件下测得该MFC的最大功率密度为393.23 mW/m²,内阻约为500 Ω。利用气相色谱分析乳酸菌MFC产电过程中代谢产物的含量变化,实验数据表明无论是不参与产电的正常代谢途径还是产电过程中,都涉及到乳酸菌的同型乳酸发酵途径、异型乳酸发酵的经典途径和双歧杆菌发酵途径。在乳酸菌MFC运行过程中人为添加乙醇,该实验结果显示乙醇不利于乳酸菌产电,表明乳酸菌的异型乳酸发酵途径是乳酸菌进行产电的关键代谢途径。     

钕铁硼磁化改性阳极对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池(MFC)能在降解废水中有机污染物的同时产生电能,是当前环保与能源工程交叉领域的研究热点。以无介体MFC为研究对象,构建了用污水混合菌接种的双室无介体MFC,以提高MFC系统的产电性能为目标,利用自行制备的钕铁硼磁性粉末材料对阳极进行修饰。通过电池电压、极化曲线、功率密度曲线的测定,研究改性阳极和未改性阳极MFC的产电性能,结果表明,MFC阳极在经0.5 mg/cm2钕铁硼磁化改性后,电池的产电性能得到提升,其最大功率密度为12.05 m W/cm2。     

以沼液为原料的微生物燃料电池产电降解特性

为提高生物质能源利用效率,降低废水处理成本,实验构建单室无膜空气阴极微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）,碳布作为阴阳极材料,将牛粪沼液作为接种液及底物进行产电性能测试,同时考察了MFC对该沼液的降解效果。结果表明,MFC能够利用沼液进行产电,最高输出电压330 mV,内阻10 kW,最大功率密度为10.98 mW·m^-2,沼液中的不可溶性物质是导致MFC输出电压、功率密度低的重要原因。MFC的运行对沼液中的有机物、氮、磷等物质具有一定的降解能力,24 h内去除率分别达到20.73%、67.82%、72.56%。因此,MFC作为产生电能的新方法,在联合处理沼液等有机废水节能减排方面具有广阔前景。     

电极改性强化微生物燃料电池产电同步降解有机污染物研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作为催化剂就能实现同步产电及降解有机污染物的绿色能源装置.电极作为MFC的重要组成部分,在提高污染物降解及产电能力方面发挥着至关重要的作用.介绍了MFC电极,主要包括碳基/合成材料修饰电极、导电聚合物/复合物修饰电极、金属/金属氧化物修饰电极及其他材料修饰电极及其最新研究进展,对MFC电极材料在废水处理领域的应用进行了展望.     

微生物燃料电池处理模拟含硫废水的初步研究

采用微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)处理模拟含硫废水,硫化物能全部被氧化戍单质硫或硫酸盐.MFC的最大功率密度达到(20±1)W·m~(-3),库仑效率为(20±2)%.阳极中有机质的氧化与硫化物的氧化存在一定竞争关系,进水碳硫比是影响单质硫生成率的关键因素.试验中,进水碳硫质量比大于1250:1,S~(2-)质量浓度为50mg·L~(-1)时,硫化物氧化成单质硫的转化率可达61%～77%.此外,阳极表面单质硫的积累很可能是造成MFC电极失效或运行不稳定的原因之一.     

微生物燃料电池在废水处理中的研究进展

随着全球工业化进程加快,水污染和能源短缺问题日益严重。微生物燃料电池（MFC）作为一种新型微生物电化学工艺,可以在降解有机物的同时产电,具有清洁、节能、经济等优势,引起人们的广泛关注,成为水处理领域的研究前沿。本文首先介绍了MFC原理和电子传递机制,分析影响其处理性能的关键因素（阳极材料、阴极材料、接种微生物、反应器构型和系统运行参数）;然后回顾了近年来MFC在废水（生活废水、农业废水和工业废水）处理领域的应用,并拓展性地阐述了MFC与其他技术（电芬顿、光催化、人工湿地系统和微生物电解池）的耦合应用;最后指出MFC存在的问题,并提出未来可行的发展方向,包括深度挖掘机理、优化接种微生物种群、改进装置材料与构型、改善进水模式与运行参数和研究新的耦合系统等。     

樊立萍1,*,温越霄1,2

为提高微生物燃料电池(MFC)的废水处理效果和发电性能,制备了一种海藻酸钠-聚季铵盐11/碳毡(SA-PQ-11/CF)阳极,分别以制药废水和糖蜜废水为阳极液,以碳毡为阴极,构建微生物燃料电池(MFC)实验系统,通过扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安特性(CV)、化学需氧量(COD)对其性能进行表征。结果显示,SA-PQ-11/CF阳极具有较大的比表面积,MFC的溶液电阻和电荷转移电阻也得到明显降低。阳极液为制药废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别约为0.22 V和62%,较常规碳毡阳极时分别提高了100%和130%。阳极液为糖蜜废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别为0.15 V和43%,分别较采用常规碳毡阳极时提高了275%和95%。基于SA-PQ-11的阳极改性能够有效提高MFC的废水处理效果和产电能力。     

微生物燃料电池处理含柠檬酸钠废水的研究

柠檬酸钠由于其优良的性质被广泛应用于食品、医药、化工等诸多领域,越来越广泛的应用导致工业和市政污水中柠檬酸钠的含量升高,加剧了水体的富营养化。将柠檬酸钠作为微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）阳极底物,研究得到了柠檬酸钠单独作为混合菌种MFC底物时的产电性能。结果显示,与乙酸钠和葡萄糖相比,以柠檬酸钠为底物的MFC（Na₃C₆H₅O₇-MFC）获得的最大功率密度为742.96 mW·m^-2,是乙酸钠（NaAc-MFC）和葡萄糖（Glu-MFC）的1.77倍和1.12倍。NaAc-MFC和Glu-MFC的启动时间分别约为Na₃C₆H₅O₇-MFC（57 h）的1.8倍和2.9倍。同时,Na₃C₆H₅O₇-MFC对COD的去除率为87.65%,与NaAc-MFC和Glu-MFC相差不大。Na₃C₆H₅O₇-MFC的库仑效率高达61.31%,明显优于NaAc-MFC和Glu-MFC。实验结果表明MFC可以有效地降解柠檬酸钠,能够处理含柠檬酸钠废水,并为柠檬酸钠单独作为底物应用于MFC提供了依据。     

Inocula selection in microbial fuel cells based on anodic biofilm abundance of Geobacter sulfurreducens

Microbial fuel cells(MFCs)rely on microbial conversion of organic substrates to electricity.The optimal performance depends on the establishment of a microbial community rich in electrogenic bacteria.Usually this microbial community is established from inoculation of the MFC anode chamber with naturally occurring mixed inocula.In this study,the electrochemical performance of MFCs and microbial community evolution were evaluated for three inocula including domestic wastewater(DW),lake sediment(LS)and biogas sludge(BS)with varying substrate loading(L_(sub))and external resistance(R_(ext))on the MFC.The electrogenic bacterium Geobacter sulfurreducens was identified in all inocula and its abundance during MFC operation was positively linked to the MFC performance.The LS inoculated MFCs showed highest abundance(18% ± 1%)of G.sulfurreducens,maximum current density [I_(max)=(690 ± 30)m A·m~(-2)] and coulombic efficiency(CE = 29% ± 1%)with acetate as the substrate.Imaxand CE increased to(1780 ± 30)m A·m~(-2)and 58% ± 1%,respectively,after decreasing the R_(ext) from 1000 Ω to 200 Ω,which also correlated to a higher abundance of G.sulfurreducens(21% ± 0.7%)on the MFC anodic biofilm.The data obtained contribute to understanding the microbial community response to Lsub and R_(ext)for optimizing electricity generation in MFCs.