微生物燃料电池阳极产电微生物研究进展

微生物燃料电池（Microbial fuel cells,简称 MFCs）是一种生物电化学混合系统,利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能,具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势,目前得到研究者们的广泛关注。其中产电微生物是MFCs系统的核心组成部分,筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。通过对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结,综述了阳极产电微生物的最新研究进展,最后从微生物角度展望了未来的研究方向,以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。     

不同介体厌氧流化床微生物燃料电池产电特性研究

在空气阴极、单室、无膜液固厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中,以污水和椰壳活性炭为液相和固相,分别以亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)及铁氰化钾为电子介体,考察电子介体的种类和浓度对厌氧流化床微生物燃料电池产电性能的影响.实验结果表明,亚甲基篮可以提高AFBMFC产电量,但增加幅度较小;添加铁氰化钾后,电池正负极...     

微生物燃料电池产电的影响因素

以输出功率和内阻为评价指标,考察了直接微生物燃料电池在间歇运行过程中pH值、底物浓度、电极间距和添加电解质对产电性能的影响. 结果表明,pH值对输出功率影响较大,最佳值为7.5;输出功率随底物浓度的增大而增大．减小电极间距能有效降低电池内阻,提高输出功率,当电极间距为2 cm时,最大功率密度为700 mW/m2,内阻为80 W,库仑效率为7.7%. 磷酸盐缓冲溶液作为电解质对功率提高的效果优于NaCl,其添加量为100 mmol/L时,最大功率密度达922 mW/m2,内阻为70 W,库仑效率为11.5%.     

微生物燃料电池高效产电的研究进展

结合微生物燃料电池研究进展,从提高微生物燃料电池的产电性能出发,讨论了目前微生物燃料电池发展的主要限制因素和应用前景。对影响微生物燃料电池产电性能的4个主要影响因素,电池构型、阳极室(电活性微生物、阳极材料)、阴极室(电子受体、催化剂)、阴阳极分隔材料进行了分析。认为目前对于低成本的电极材料和构型的扩大研究较少,微生物燃料电池由于其成本较高、产能较低,仍然难以进行实际的扩大应用。开发出低成本的电极材料和催化剂,并在实际应用中将其与其他水处理技术进行耦合应是是未来微生物燃料电池的研究重点。在此基础上,建立和优化微生物燃料电池数学模型,深入研究堆叠式微生物燃料电池产生的电压反转的原因也会对未来这一技术的改进提供可靠的帮助。     

空气阴极微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究

采用空气阴极微生物燃料电池,处理主要成分为葡萄糖、乙酸钠、蛋白胨和可溶性淀粉的模拟生活污水,探讨MFC处理模拟生活污水的特性。文章探讨了模拟污水不同浓度对产电的影响,结果表明不同的基质浓度对产电效率影响不是非常显著,MFC最大输出功率为23.67 mW·m-2,COD最大去除率为88%。以不完全复合碳源和单一碳源为基质,探讨了接种混合菌的MFC对基质的选择性。试验结果表明乙酸钠、葡萄糖对接种混合菌的MFC产电不利,MFC处理复杂有机碳源(蛋白胨、淀粉)的产电效率优于处理简单分子有机碳源(葡萄糖、乙酸钠)。试验讨论了硼砂缓冲液对产电的影响,50 mmol·L-1的硼砂缓冲液输出功率密度最大,最大功率为19.77 mW·m-2,COD最大处理率为72%。与投加PBS缓冲液相比,硼砂缓冲液调节阳极电解液效果不佳,硼砂缓冲液出水pH为7.73,且在产电密度方面有微小的下降,但在同等基质浓度的生活污水时电池的库仑效率提高约2倍。     

微生物燃料电池净化污水又产电

<正>全国大学生"生态创想·绿色行动"大奖赛决赛在中新天津生态城举行。南开大学的"零碳排自运行废水处理系统研究"荣获一等奖。南开大学"零碳排"团队成员介绍,污水处理系统都是依靠外部能源去除污染物,实际上,污水中的有机物贮存着大量可利用的能源。"我们将一种被称作异化金属还原菌的微生物应用在污水处理池中,它们既能够高效地     

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。     

沉积物微生物燃料电池产电因素研究进展

介绍了SMFCs产电原理及应用,对产电微生物、阳极、阴极、沉积物等方面对产电影响进行了综述,其中阳极和阴极分别从材料及材料修饰等方面综述。论述了最新的双阳极SMFCs体系发展。根据目前SMFCs的研究前景、挑战以及发展趋势对其未来发展进行了展望。     

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...     

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。     

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 kΩ,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。     

微生物燃料电池阳极产电菌的选育

产电菌能够以微生物燃料电池的阳极作为唯一的电子受体完成有机物的氧化,在产电的同时获得自身生长所需的能量。基于产电菌的特殊代谢方式,有望在处理有机废水的过程中获取电能。分离和培养产电菌是研究其产电过程的基础。本研究采用双层平板技术从厌氧颗粒污泥中分离出数个产电菌株,采用循环伏安法(cyclic voltammograms,CV)对厌氧培养的产电菌进行曲线扫描,所得曲线表明这些产电菌具有一定的电化学活性,可以用来进行产电实验。     

同步废水处理及产电的微生物燃料电池研究进展

同步废水水处理及产电的微生物燃料电池是利用生物催化剂直接把化学能转化为电能,具有能量转化率高、污泥产率低、反应条件温和等优点。本文阐述了微生物燃料电池的工作原理及电子传递机理,综述了其最新的研究进展,并对微生物燃料电池在污水处理领域的发展方向作了展望。     

微生物燃料电池中阳极产电菌的研究进展

微生物燃料电池(MFCs)是一种生物电化学混合系统,利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能,具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势,已引起广泛关注。其中,产电微生物是MFCs系统的核心组成部分,筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结;综述了阳极产电微生物的最新研究进展;最后,从微生物角度展望了阳极产电微生物未来的研究方向,以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。     

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.     

以PMS为阴极电子受体启动的微生物燃料电池产电及阳极微生物特性研究

构建了以单过硫酸钾(PMS)为阴极电子受体的双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),考察了MFC启动过程中同步除污产电性能以及阳极微生物群落的变化特性。结果表明,外接电阻为1 000Ω以及PMS浓度为10 mmol/L的情况下,MFC在1个月内快速启动,其最大输出电压、功率密度以及有机物去除率分别为972 m V、16. 367 W/m3和99. 41%。高通量测序表明,MFC启动过程中,阳极微生物群落的多样性降低,但丰度增加;成熟的阳极生物膜中主要产电微生物是Proteobacteria菌门的Azospirillum(50. 89%)、Desulfovibrio(4. 38%)、Pseudomonas(2. 45%)、Comamonas(1. 22%)以及Sphingopyxis(1. 26%),Bacteroidetes菌门的Proteiniphilum(1. 27%),Firmicutes菌门的Fusibacter(1. 3%)等,这是产电性能提升的主要原因。     

微生物燃料电池同步硝化反硝化脱氮产电研究

构建了三室双阴极MFC系统,对系统同步硝化反硝化脱氮产电性能进行了研究,考察了进水COD、NO-3-N和NH+4-N浓度对系统脱氮产电性能的影响。结果表明,该MFC系统对COD和NH+4-N具有良好的去除效果,去除率分别高达98%和95%以上,反硝化和产电能力受进水COD、NO-3-N和NH+4-N初始浓度的影响较大,NO-3-N最大去除率73.6%,厌氧阳极、缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88,0.74 W/m3和0.59 W/m3,阳极和缺氧阴极的最大库伦效率分别只有27.6%和63%,说明有其他非电化学反应过程的存在。实验结果也表明好氧阴极和缺氧阴极之间存在着对电子的竞争作用,NH+4和电极之间存在着对O2的竞争。     

湿地型微生物燃料电池处理废水及同步产电研究

利用芦苇构建单室湿地阴极型升流式微生物燃料电池(microbial fuel cell-constructed wetland,MFC-CW),研究阴极基质材料的种类、粒径及进水COD浓度对MFC-CW的产电和污水净化性能的影响。结果表明,阳极基质材料为2~4 mm颗粒活性炭,阴极基质材料为4~8 mm颗粒石墨时,电池性能最佳,最大输出电压为318 m V(外电阻为1 000Ω),最大功率密度达到0.197 W/m~3,库伦效率为2.1%。阴极基质材料的种类和粒径对MFC-CW的污水净化性能的影响较小,COD去除率均在80%左右。进水COD浓度是影响MFC-CW运行性能的一项重要参数,系统输出功率密度及COD去除率均随进水COD浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,当进水COD浓度在200~300 mg/L时系统整体运行性能最佳。     

微生物燃料电池同步硝化反硝化脱氮产电研究

构建了三室双阴极MFC系统,对系统同步硝化反硝化脱氮产电性能进行了研究,考察了进水COD、NO-3-N和NH+4-N浓度对系统脱氮产电性能的影响。结果表明,该MFC系统对COD和NH+4-N具有良好的去除效果,去除率分别高达98%和95%以上,反硝化和产电能力受进水COD、NO-3-N和NH+4-N初始浓度的影响较大,NO-3-N最大去除率73.6%,厌氧阳极、缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88,0.74 W/m3和0.59 W/m3,阳极和缺氧阴极的最大库伦效率分别只有27.6%和63%,说明有其他非电化学反应过程的存在。实验结果也表明好氧阴极和缺氧阴极之间存在着对电子的竞争作用,NH+4和电极之间存在着对O2的竞争。     

反转极性微生物燃料电池同步降解偶氮染料与产电研究

通过双生物电极双室型微生物燃料电池(MFC)的反转极性运行实现了低浓度缓冲液下同步降解偶氮染料和产电。在添加5 mmol磷酸缓冲液和不调节pH值的情况下,反转极性前,阳极pH值由7.0降低到5.0,阴极pH值先由7.0升高到7.6~7.8,再降低到7.3~7.5。反转极性后,阳极积累的H+被新生OH-中和,pH值升高到7.5,阴极积累的OH-被新生H+中和,pH值降低到5.5,实现了pH值自中和。反转极性稳定运行3个月,产生了0.20~0.25 V稳定电压输出。反转极性降低了阴、阳极极化,改善了阴、阳极性能,功率密度比反转极性前提高31%。刚果红首先在阳极脱色,24 h内脱色率达90%,阳极反转为阴极后继续好氧降解脱色产物,272 h内矿化率达到50%以上。12个月的运行结果表明,MFC对刚果红的降解效果长期稳定。