平行启动的微生物燃料电池阳极微生物群落差异性解析

为揭示平行操作的微生物燃料电池(MFC)产电效能出现差异的原因,应用高通量测序技术对3个平行启动和运行的MFC阳极微生物群落的组成、丰度及多样性进行分析,探讨其差异性与反应器效能的关系.结果表明:表面上控制条件完全一致的平行MFC,其运行状态存在较大差异,反应器Mfc-1和Mfc-3可获得220~240 m V电压及1.85~2.33 W/m3的功率密度;Mfc-2电压一直较低,最高仅为120 m V.同一底物富集的MFC阳极微生物群落组成和丰度差异明显,Mfc-1和Mfc-3中富集了高丰度的有利于产电的微生物种属Anaeromusa、Dechloromonas、Geobacter;Mfc-2则存在较独特的与产电无关的高丰度种属Acinetobacter,这种优势种属的差异最终导致Mfc-2产电效能较差.表面上操作条件相同的平行MFC其阳极微生物优势类群可能存在显著差异,进而决定MFC产电效率的不同.应用MFC探讨其产电效能与影响因子关系时,需运行至少3个平行MFC反应器,以减少潜在的操作失误或缺陷,提高数据可靠性.     

污泥接种比例对微生物燃料电池的影响

为了研究污泥接种比例对微生物燃料电池(MFC)的影响作用,对比了污泥接种比例分别为5%、10%、20%、40%的4组MFC在驯化时间、产电性能、阳极微生物含量及菌群结构等方面的差异.结果表明,接种污泥比例过低,会削弱阳极对微生物的选择作用;较高的污泥接种比例有利于缩短MFC的驯化时间,并可提高MFC电动势;但是过高的污泥接种比例可能造成PEM堵塞,导致内阻增加、最大功率密度降低;最佳的污泥接种比例为10%.     

微生物燃料电池的电能采集系统探究

微生物燃料电池简称MFC,本质上是一种能够借助微生物实现化学能向电能转化的装置.此种装置兼具废物利用和发电两种功能,是现代资源利用技术水平不断提升的表现,同时其也代表着废弃物资源化利用的大趋势,对于经济的可持续发展具有重要意义.本文分析了微生物燃料电池,并阐述了其电能采集系统方案.     

微生物燃料电池阳极区域传质模拟

目的 研究微生物燃料电池阳极区域内部传质过程.方法 在微生物燃料电池阳极区域传质过程分析的基础上,提出阳极区域传质的几何模型,建立底物扩散传质、质量守恒、生物反应动力学和电极反应动力学模型.通过对阳极区域传质过程的模拟,研究了底物一次性投加和多次投加过程中底物质量浓度、生物量和电极表面生物膜层的变化规律,同时考察了生物量和底物质量浓度对微生物燃料电池产电的影响.结果 在底物总投加量一定的情况下,多次投加培养的生物量比一次性投加培养的生物量多,底物分解速率多次投加快于一次投加;增加生物量有利于降低活化极化和浓差极化;高底物质量浓度增加了浓差极化,低底物质量浓度增加了活化极化.结论 利用微生物燃料电池数学模型可以对电池内部物质传递及生化反应过程进行数值模拟.     

镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的促进

为考察镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的影响,利用电化学测量与高通量测序等方法对比研究不同浓度镁离子对微生物燃料电池阳极电势、电化学活性与阳极微生物群落结构等方面的促进作用.结果表明:当阳极底物中镁离子浓度分别为0.5(M1)、2.0(M2)和5.0 mmol/L(M3)时,微生物燃料电池阳极电势由对照组的-0.417 V(CK,vs.Ag/Ag Cl)分别降低至-0.443(M1)、-0.469(M2)和-0.477 V(M3).相应地,功率密度也由36.65 m W/m2(CK)分别提高至40.19(M1)、44.21(M2)和45.48 m W/m2(M3).此外,阳极微生物的电化学活性与产电微生物量均随阳极底物中镁离子浓度的升高得到显著提高,说明镁离子能够提高微生物燃料电池的功率输出,对胞外电子传递过程有重要作用.     

葡萄糖在微生物燃料电池中的应用研究进展

简要介绍了微生物燃料电池的特点、发展历史与工作原理,重点概括了近年来葡萄糖作为最常用的有机底物在MFC利用废水产电应用中的研究进展,最后展望了微生物燃料电池的应用前景。     

微生物燃料电池测定生活污水BOD方法

为缩短生化需氧量(BOD)检测时间,研究了一种基于空气阴极微生物燃料电池技术快速测定生活污水中BOD的方法.利用葡萄糖作为单一底物,研究电池电压输出和葡萄糖质量浓度的关系,发现二者遵循Monod方程式.在葡萄糖质量浓度小于100mg/L时,电压输出和葡萄糖质量浓度呈现良好的线性关系.利用空气生物燃料电池测定污水处理厂曝气沉砂池、初沉池和曝气池出水的BOD仅需10h,有效缩短了BOD的检测时间。     

微生物燃料电池处理有机废水研究进展

简单介绍了微生物燃料电池(MFC)处理废水的发展历史、基本结构和工作原理,总结了国内外用MFC处理各类实际有机污废水时的试验条件、处理效果和产电的功率密度等方面的研究成果,探讨了MFC在实际应用中遇到的瓶颈,展望了用MFC处理实际有机污废水的应用前景。     

沉积物掩埋程度对海洋微生物燃料电池阴极电化学性能的影响

海洋沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)在海底产电并长期驱动传感器运行过程中,悬浮于水体中阴极易被海底沉积物掩埋从而影响产电性能,导致电池失效。在实验室中模拟沉积物分别掩埋1/3,1/2和2/3电池阴极,探究阴极电化学性能和电池产电规律。结果表明：随着阴极被沉积物掩埋程度增加,开路电位逐渐降低,而需要稳定的时间增加;阴极电容逐渐减小,最小电容降至32 F/cm~2,是未掩埋对照组的0.72倍;动力学活性先降后升,最大活性为对照组的1.61倍(2/3组)。掩埋过程中,MSMFCs产电性能未受影响,最大功率密度达140.83 mW/m~2(1/3组),是对照组的1.21倍。可见,随着阴极被海底沉积物掩埋程度的增加,尽管阴极电化学性能下降、电池产电性能出现波动,但MSMFCs仍可正常工作。     

微生物燃料电池应用于环境领域的最新研究进展

微生物燃料电池（ｍｉｃｒｏｂｉａl ｆｕｅl ｃｅl l,ＭＦＣ） 由于其能耗小、无污染等特性被广泛应用于环境污染的治理,并且随着产电微生物、电极材料及构型等方面研究的深入,ＭＦＣ的应用领域也越来越广。本文综述了ＭＦＣ的工作原理、最新构型和特点,通过对ＭＦＣ在产电、处理难降解有机物和重金属废水、脱盐、脱氮、脱硫、脱氯等方面分析归纳,详细总结了ＭＦＣ应用于环境领域的最新研究进展,指出了该技术存在的问题和未来发展前景,为ＭＦＣ技术的推广和应用提供参考和借鉴。     

Numerical Modeling of Microbial Fuel Cell Based on Redox Electron Mediator

To investigate the behavior of redox electron mediator and its impact to power generation of microbial fuel cell ( MFC ) , this study carries out the numerical modeling of a typical two?chamber MFC bas...     

单室空气阴极微生物燃料电池性能

以石墨毡为阳极、Pt/C为阴极、葡萄糖模拟废水为基质构建了一个单室空气阴极微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC),研究了电池内流体、不同葡萄糖底物质量浓度等条件对电池产电性能及污水处理效果的影响.研究结果表明:水流流量为15 mL/min、葡萄糖底物的质量浓度为1.0 g/L时,电池的最大功率为85.9 mW/m²,ACMFC运行48 h,对模拟废水的COD去除率可达81.6%.     

沉积物微生物电池产电性能的研究进展

沉积物微生物电池(SMFC)因其结构简单,成本较低等优点,作为典型的无膜微生物燃料电池受到广泛关注。但是产电能力低下仍是制约其发展应用的因素,本文简单介绍了SMFC的工作原理及应用,对影响SMFC的产电性能的微生物、阳极材料、电极间距、外电阻、底物前处理和传质等因素进行了综述,同时对SMFC发展和研究方向做了展望。     

微生物燃料电池处理直接大红模拟废水

构建了以厌氧污泥作为接种菌源、以铁氰化钾为电子受体、以醋酸钠为基质的双室微生物燃料电池(MFC),研究了MFC在不同的直接大红初始浓度下对基质的降解效果以及系统的产电性能。结果表明:MFC产生的电能主要源于阳极微生物对醋酸钠的降解,直接大红的脱色源于微生物及电化学的降解。直接大红对MFC微生物活性有负面影响,但有利于电子传递。在醋酸钠初始浓度为0.5g·L~(-1)、直接大红初始浓度为100mg·L~(-1)时,处理效果最好,MFC对直接大红模拟废水的48h最大脱色率为38.6%,COD最大去除率为57%,输出功率密度和输出电压分别为6.5 mW·m-2和450 mV左右。     

无介体MFC微生物催化剂的“独立驯化”与“在线驯化”结合研究

采用独立驯化和在线驯化相结合的新颖方式,以碳毡、碳布和碳纸为阳极挂膜材料,考察驯化方式和阳极材料对无介体微生物燃料电池(MFC)产电性能和有机物去除效果的影响.结果表明,独立驯化期阳极材料特性对微生物挂膜的影响较大,扫描电镜结果表明挂膜效果最好的是碳毡,碳布次之,碳纸较差;在线驯化约10 h后,微生物催化剂的电化学活性显著升高,第2个周期电压达到峰值(碳毡、碳布、碳纸的峰电压分别为0.803、0.604和0.574 V),第3个周期MFC能长时间稳定运行,其中,碳毡MFC电压平台维持在0.78 V左右长达180 h;比较MFCs的产电能力优劣顺序为:碳毡(1 339.6 mW/m3)＞碳纸(96.8 mW/m3)＞碳布(80 mW/m3);COD去除率为:碳毡(89.5%)＞碳纸(79%)＞碳布(74.7%).     

硝酸盐质量浓度对微生物燃料电池产电及反硝化的影响

目的研究在不同的硝酸盐质量浓度下,MFC的产电、阴极反硝化情况及阳极COD和氨氮的处理情况．实现产电与阴极反硝化的同时进行．方法阳极以实验生活污水为处理对象,阴极以自配具有一定质量浓度的硝酸盐溶液为处理对象,改变阴极的硝酸盐质量浓度,阳极为间歇厌氧运行模式,阴极为间歇缺氧运行模式．结果 当硝酸盐质量浓度由20-200mg／L逐渐增加时,随着初始硝酸盐质量浓度的增加,亚硝酸盐的积累逐渐增加,最高可达65mg／L,硝酸盐相对去除率几乎没有变化,而硝酸盐的绝对去除率则逐渐减小．硝酸盐质量浓度从20～120mg／L变化时对微生物燃料电池的产电效果基本没有影响,当硝酸盐质量浓度增加到160mg／L时,平均输出电压和最高功率密度明显增加,而当硝酸盐质量浓度增加到200mg／L时,平均输出电压和最高功率密度又明显减少．结论阴极硝酸盐质量浓度为160mg／L时,MFC阳极COD的去除率最高,产电效果最好．     

厌氧流化床微生物燃料电池堆栈产电性能

研究了三级液固厌氧流化床微生物燃料电池(MFC)串并联的产电性能。同时考察了活性炭装填高度、阳极面积等因素对燃料电池产电性能的影响。结果表明:将燃料电池串联时,总电压为1 500mV,等于3个单级电池的电压之和,能够有效地提高燃料电池的输出电压,最大功率密度为0.28W·m-2。而并联时,输出电压仅为450mV左右,和单级电池输出电压大体相当,最大功率密度为0.074W·m-2。活性炭的装填高度增加1倍,电压升高了20%左右。阳极面积增加1倍,产电量增大了30%。     

基于动态模型的氢燃料电池堆性能研究

提出和建立了包含水平衡的氢燃料电池堆的动态模型，用于研究质子交换膜(PEM)燃料电池堆的静、动态性能。基于此模型，针对不同的运行条件进行了准实体规模的仿真研究。相应的仿真静、动态性能与实测的燃料电池堆数据比较，显示了很好的一致性。