正渗透微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的产能和降污性能研究

采用正透膜为中间隔膜,构建双室正渗透微生物燃料电池,同时以垃圾渗透液为阳极液,考察了Os MFC处理垃圾渗滤液的产能和降污性能。结果表明,稳定运行后,Os MFC的表观内阻为236.750Ω,最大面积功率密度为0.442 W/m~2,其相对应的电流密度为1.663 A/m~2。MFC的表观内阻为247.625Ω,最大面积功率密度为0.406 W/m~2,其相对应的电流密度为1.594 A/m2,Os MFC与MFC相比具有更好的产电性能。Os MFC使p H更加稳定,从而能够有效地降低过电位。Os MFC的平均水通量为0.979 L/(m~2·h)。Os MFC对垃圾渗滤液中TOC、氨氮、TN和TP的去除率都达到70%以上。研究结果为垃圾渗滤液的处理和资源化提供技术参考。     

模板法制备多孔碳修饰微生物燃料电池阳极的研究

以MCM-22分子筛为模板、蔗糖为碳前驱体、镍离子为催化剂,将无定型碳转化成多孔碳材料(PC),采用SEM测试、BET测试对其表面形貌及比表面积进行表征,采用EIS测试和CV测试对其修饰电极进行电化学性能表征,并将其修饰电极装配于微生物燃料电池(MFC)中运行,对MFC进行性能分析和COD去除率分析。SEM测试显示PC结构呈碎片化片状结构,BET测试其比表面积为578.66 m~2·g~(-1)。EIS测试显示,PC修饰碳布(PC-CC)的活化阻抗较小,仅为2.6Ω,CV测试中PC-CC也出现了较弱的氧化还原峰。与以未修饰的空白碳布为阳极的MFC相比,以PC-CC为阳极的MFC的COD去除率和最大功率密度均有提高。表明PC作为阳极修饰材料能够有效提升MFC性能,其简易的制作流程为大规模制备MFC阳极提供了可能。     

小球藻微生物燃料电池产电性能研究及机理分析

利用小球藻生物膜阳极构建光合藻微生物燃料电池(PAMFC),以0.1mol/L的铁氰化钾溶液作为阴极液,外电阻为1000Ω,光照强度为12000lx,温度为25℃,可以得到250m V的稳定输出电压,最大功率密度为80.22m W/m2,内阻为550Ω。微藻挂膜效果、光照强度是影响小球藻MFC产电的主要因素,实验推断藻的呼吸作用和光合作用中产生的电子均可以被传递到阳极产电,并且呼吸电子传递链比光合电子传递链有更高的电子传出效率。     

阳极改性对微生物燃料电池产电及处理废水影响

通过酸浸热处理及搅拌浸渍负载碳粉的方法制备改性碳纸,以此为阳极搭建双室微生物燃料电池(MFC),测试其产电性能及废水处理效果。结果表明,从产电性能来看,酸浸热处理改性碳纸、负载碳粉改性碳纸的最大输出电压为1.144、1.206 V,是未改性碳纸的1.4、1.48倍,最大功率密度分别为14.21、19.92 W/m~2,是未改性碳纸的1.39、1.95倍,产电能力有了较大提高,负载碳粉改性碳纸的MFC产电性能最好;从废水处理效果来看,酸浸热处理改性碳纸和负载碳粉改性碳纸的COD去除率分别为78.6%、78.5%,是未改性碳纸的1.46、1.44倍,二者均有着较好的废水处理效果。     

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。     

微生物燃料电池对废水中对硝基苯酚的去除

在以碳纸为阳极、空气电极为阴极、葡萄糖和对硝基苯酚为混合燃料的直接空气阴极单室微生物燃料电池中,考察了微生物燃料电池(MFC)对对硝基苯酚的降解及MFC的产电特性.结果表明MFC对废水中不同浓度的对硝基苯酚均有一定的去除效果,400 mg/L的对硝基苯酚降解4d的去除率74.1%,降解6 d的去除率为82.1%.MFC的输出电压最高为0.293V(外阻1 000Ω),最大输出功率密度为56.5 mW/m3.     

石墨烯/聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池性能的影响

纳米材料修饰阳极可显著提高微生物燃料电池(MFC)性能,本研究主要探索了石墨烯、聚苯胺和石墨烯/聚苯胺复合修饰电极对MFC产电性能的影响。使用电化学方法电镀石墨烯于碳布表面,进一步通过原位聚合法制备聚苯胺来修饰碳布电极。将修饰电极装载入双室型MFC中,测量其产电性能,并对电极进行表征,测量电化学性能。通过扫描电镜观察到,碳布能够被修饰上石墨烯和聚苯胺,并且聚苯胺附着于碳纤维或石墨烯薄层表面,形成棒状的纳米结构。产电性能方面,装载石墨烯/聚苯胺修饰电极的MFC最大输出电压最高,达到了(291±22) mV,比装载空白碳布电极的对照组MFC提高了175%以上。石墨烯/聚苯胺电极组MFC的最大输出功率密度同样最高,达到了(653±25) mW·m~(-2),为空白碳布对照组的10.5倍。实验结果表明:石墨烯/聚苯胺复合修饰电极可有效利用石墨烯导电性好和聚苯胺生物相容性高的优点,显著提高MFC的产电性能。     

铜离子为电子受体的MFC产电性能及废水处理

以经过预处理的厌氧活性污泥为阳极菌种,模拟有机废水为阳极底物,人工模拟含铜废水为阴极液,构建双室MFC反应器,考察以铜离子为阴极电子受体条件下的MFC产电性能与废水处理效果。结果表明:阴极液为5 g/L的硫酸铜溶液时,最大开路电压为0.531 V,最大功率密度为49.6 mW/m~2,内阻为326Ω。通过改变阴极液浓度、电极材料等条件进一步提高其产电性能,当阴极液硫酸铜质量浓度为3 g/L、电极材料为石墨棒、导线为钛丝时,产电性能最优,最大功率密度为75.7 mW/m~2,Cu~(2+)去除率为91.9%。     

不同碳材料阳极对海底微生物燃料电池性能影响

分别以相同投影面积的不同碳材料作阳极,以最大功率、阳极电势和内阻为评价指标,研究不同碳材料对海底微生物燃料电池(BMFCs)产电性能影响,利用塔菲尔曲线比较不同碳材料电化学活性.结果表明:碳纤维、碳毡、泡沫碳、碳棒做阳极时,稳定电位和启动时间基本相同;抗极化性能依次减弱;最大功率密度分别为45.79、22.16、16.85、6.17 mW/m2;电池内阻分别为:213、257、312、358Ω;最大交换电流密度分别为0.33、0.13、0.11、0.01 A/m2;组成电池的稳定输出功率分别为0.72、0.61、0.51、0.32 mW.阳极物质传递分析表明,BMFCs产电性能受阳极材料表面附着微生物数量和底物转移率影响.     

沉积物微生物燃料电池处理低浓度渗滤液的试验研究

采用沉积物微生物燃料电池处理低浓度垃圾渗滤液,考察了电池的产电性能及对污染物的去除效果。实验结果表明SMFC输出电压呈周期性变化,最大输出电压78 m V。最大功率密度为0.204m W/m2,功率密度随电流的增加先增大后减小,电池内阻较大为2810Ω,过高的内阻限制了燃料电池的产电。COD、氨氮去除率达分别达67%、59%。MLSS、MLVSS去除率分别为23.7%、29.5%。MLVSS/MLSS的比值由0.63降至0.58,在SMFC产电过程中污泥中的有机物得到有效降解。因此构建SMFC在处理低浓度渗滤液的同时可回收部分电能,可实现污水、污泥资源化。     

石墨烯类材料修饰尿液微生物燃料电池阳极的研究

尿液微生物燃料电池(urine-powered microbial fuel cell,UMFC)能够将尿液中有机物的化学能转化为电能,阳极是影响其产能的关键因素。黑磷(BP)、膨胀石墨(EG)和羧基化石墨烯(COOH-GN)是三种典型的石墨烯类新型材料,分别用这三种材料对阳极碳布进行修饰处理得到了三种电极(BP/CC、EG/CC和COOH-GN/CC)。修饰后的电极表面明显变粗糙,且碳布阳极阻抗均有一定程度的减小。分别以BP/CC、EG/CC和COOH-GN/CC三种电极为阳极运行UMFC,获得的最大电压分别为587.71,512.46和492.49 m V,最大功率密度分别为5254.43,3925.44和3252.05 m W/m~3,BP/CC阳极UMFC的性能最好。     

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。     

螺旋藻光合微生物燃料电池产电性能的研究

将微藻与微生物燃料电池(简称MFC)相结合,可以将太阳能转化成电能,这是一种可再生、稳定、高效的产能方式。本论文主要研究了螺旋藻作为MFC阳极产电微生物,以碳酸氢盐或葡萄糖作为底物的产电性能,并通过改变光照强度等条件,探讨影响微藻MFC产电性能的主要因素。以0.1mol/L的铁氰化钾溶液作为阴极液,外电阻为1000Ω,光照强度为12000lx,温度为28℃或30℃,进行电池的运行。螺旋藻MFC可以得到200mV的稳定输出电压,最大功率密度为41.33mW/m2,内阻为2000Ω。研究发现,螺旋藻MFC产生的电压主要依赖于生物膜上的藻,而与悬浮在阳极液中的藻无关。光照强度是影响产电的最主要因素之一,藻的输出电压随着光暗周期的变化表现出明显的周期性。     

双室MFC回收尾矿中铁离子的产电性能研究

采用双室微生物燃料电池(MFC)技术对模拟尾矿中的铁离子进行浸出并回收,考察了阴极分别采用模拟浸出液、实际浸出液时反应器的产电性能。结果表明,MFC反应器阴极采用实际浸出液运行时具有较好的产电性能,其峰值电压可达(492.9±14.9) m V,最大功率密度为0.700 3 W/m2,是采用模拟浸出液体系的3.8倍;相应铁离子浸出率、回收率分别为62.6%、90.0%,比模拟体系分别提高了21.6%和51.4%。     

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.     

厌氧活性污泥产电特性及产电过程微生物群落变化

以厌氧活性污泥为接种液构建微生物燃料电池(MFC),检测了运行第1周期前后电池的理化性质及菌群变化情况。结果表明,MFC启动后产电性能良好,外接1000 Ω电阻时输出电压可达0.62 V,功率密度达1247 mW/m2,内阻为143 Ω, 化学需氧量(COD)去除率达63.6%;高通量测序结果显示,MFC菌群与原始接种厌氧活性污泥菌群相比变化较明显,菌群多样性指数降低,优势菌门硬壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)为产电菌群常见门,与MFC产电能力直接相关的克雷伯氏菌属(Klebsiella)富集并成为优势菌属,相对丰度达16.73%。     

双极室微生物燃料电池处理不同阳极底物废水的产电研究

为了研究微生物燃料电池(MFC)在不同阳极底物废水条件下的产电效率和废水处理效果。分别以啤酒废水、糖蜜废水和啤酒-糖蜜混合废水作为阳极基质,含银电镀废水作为阴极电子受体,构建了双极室微生物燃料电池。结果表明,3组以糖蜜废水作为阳极基质的MFC产电量和COD去除率最高,啤酒废水次之,啤酒-糖蜜混合废水最低。糖蜜废水作为阳极基质的MFC最高电压和功率密度可达356 m V和36.21 m W/m~2,第3周期时COD去除率达到最高的69.29%,实验结束时阴极Ag~+的质量浓度最低至304 mg/L。不同阳极基质对MFC产电效率和废水处理效果有影响。     

石墨烯/聚苯胺复合阳极的制备及在MFC中的应用

采用化学氧化还原法制备高纯度石墨烯(GR),利用电化学修饰法得到石墨烯/聚苯胺(GR/PANI)膜阳极,采用红外光谱(FI-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)对所制备复合电极进行了表征,采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)考察了复合电极的电化学性能。将GR/PANI膜阳极应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察了电池的产电性能。均匀地附着在石墨烯表面,GR/PANI膜电极具有良好可逆性,其电阻小、导电性良好。GR/PANI膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为230.2 mW·m-2和834.6 mV,比未修饰阳极的最大功率密度和开路电压分别提高了110.6%和34.8%,GR/PANI膜阳极的表观内阻也由未修饰阳极的843.2Ω降低为469.4Ω,且电池启动时间大大缩短,产电稳定性增强。结果表明,GR/PANI复合物是一种优良的电极材料,GR/PANI膜阳极MFC具有良好的产电性能。     

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。     

双室微生物燃料电池处理有机废水与重金属废水性能研究

采用豆制品废水和中药废水分别作为阳极基质,含镉废水作为阴极电解液,构建连续流双室微生物燃料电池(MFC),考察其对有机废水与重金属废水的处理效果及产能性能。运行数据表明:豆制品废水组可实现最大输出电压和体积功率密度分别为(477±11)mV和(12.5±0.9)W/m,阳极对COD平均去除率为(85.5±2.8)%,阴极对镉离子去除率(84.6±3.8)%;中药废水组最大输出电压和体积功率密度分别为(375±9) m V和(8.7±0.5) W/m~3,阳极对COD平均去除率为(74.2±3.3)%,阴极对镉离子去除率(74.0±4.2)%。这表明MFC采用豆制品废水作为阳极基质具有更高的废水处理效果及产能性能,同时在同步处理有机废水及重金属废水具有一定的可行性。