聚吡咯/碳纳米管膜阳极的制备及其在厌氧流化床微生物燃料电池中的应用

采用循环伏安法在石墨阳极表面合成聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNT)复合膜,将其应用到厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中,研究AFBMFC的产电能力和污水去除率。对不同阳极进行X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)的表征,并用交流阻抗法(EIS)、循环伏安法(CV)考察不同电极的电化学性能。PPy/CNT膜阳极应用于AFBMFC后,电池的最大功率密度达到150.54mW·m-2,开路电压为793.3mV,污水COD去除率为94.51%,相对于未修饰阳极,分别提高了74.85%、25.71%和24.04%。结果表明,PPy/CNT可以作为一种导电性能较好的复合材料应用于MFC阳极中。     

超滤膜为分隔膜的双室微生物燃料电池的产电特性

针对分隔膜对微生物燃料电池产电特性的影响问题,采用截留分子质量(MWCO)分别为4 ku、10 ku、30 ku和100 ku的4种不同超滤膜(UF)作为分隔膜材料进行了基础研究.通过SEM观察,各反应器阳极表面附着形态相同的产电微生物.阶段运行结果表明:4种UF膜中库伦效率最大为4.15%,功率密度最大为113.3mW/m3,内阻随截留分子质量的增大依次为UF(4 ku)211Ω,UF(10 ku)297Ω,UF(30 ku)157Ω,UF(100ku)241Ω;产电结束后各超滤膜MFC的阳极室出水COD均低于80 mg/L,对COD去除率均达到85%以上,出水pH几乎保持不变;采用聚醚砜材质的UF膜(30 ku)功率密度最大,内阻最小,产电性能最为优良.     

同步产电及废水处理AFB-MFC电极研究

为了考察电极因素对微生物燃料电池产电及废水处理性能的影响,设计了一种新型厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC).研究了不同阴极电极材料,阴极与阳极面积以及阴极底边与阴极室底部距离对AFB-MFC产电及废水处理性能的影响.所有实验在阴极室曝气量为16～24 L/h、回流量为10.7 L/h、进水流量为0.6 L/h、外电阻为250 Ω以及进水COD浓度为3000.98～3789.44 mg/L下进行.结果表明,在尺寸大小均为15.0 cm×3.5cm的碳纸、铜板、铝板、镀锌铁板及铁板中,使用碳纸作阴极电极时AFB-MFC产电性能最好;阴极底边与阴极室底部的最佳距离为17.3～20.3 cm;使用面积为308.8、232.0、160.0和76.8 cm2的碳纸作阳极电极及面积为241.5、210.0、175.0和105.0 cm2碳纸作阴极时,阳极及阴极最佳面积分别为160.0和210.0 cm2.AFB-MFC系统最佳运行条件下COD的去除率维持在约80.00%.放大型AFB-MFC系统有利于今后工程实际应用.     

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．     

微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能

针对全球能源短缺和污泥处理过程中能耗较高等问题,采用微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术处理剩余污泥并将污泥中的化学能直接转化成电能,从而实现污泥的稳定化与资源化利用.构建以铁氰化钾为阴极电子受体的双室型微生物燃料电池,分别考察了微生物燃料电池以城市污水处理厂剩余污泥为底物时的产电性能和对污泥的降解效果,并从缓冲溶液、阳极底物浓度和阳极区搅拌3个方面分析其对电池产电性能和污泥降解效果影响.电池输出电压可达到0.66 V,MFC运行一个周期,对污泥总化学需氧量TCOD(total chemical oxygen demand)的去除率为36.4%,阳极区缓冲溶液的投加和搅拌均可提高电能的输出及对污泥TCOD的去除能力.     

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.     

乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程

以多孔碳纸为阳极,耐水性电催化材料为阴极,设计了无媒介双室微生物燃料电池(MFC).以厌氧污泥为出发菌株,乙酸钠为底物,外接一定负载条件下,进行MFC产电过程研究.分别研究进水质量浓度在800 mg/L,1200 mg/L,1600 mg/L,2000 mg/L,以及在外电阻条件为400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω,水力停留时间48 h时,负载两端的电压、功率密度、电化学池中生物量(VSS)和出水COD的变化规律.结果表明,进水质量浓度升高时,阳极池内生物量减少,COD去除率降低,MFC功率密度提高.在进水乙酸钠质量浓度为2000 mg/L时,MFC最高功率密度为35.71 mW/m2,电流密度为345 mA/m2.外电阻阻值降低后,平均出水COD升高,MFC电流升高,阳极池微生物产电能力增强.     

直接产电型垂直流人工湿地微污染水源水处理试验研究

基于生物电化学原理,首次构建直接产电型垂直流人工湿地新装置,进行微污染水源水处理试验,考察其污水净化效果和生物产电特性。结果表明:1)新装置外接电阻为6 000Ω时,能达到777mV的最大输出电压,最大功率密度为8.05mW/m2;2)微污染水源水净化效果好,尤其有较强的脱氮能力,当进水TN平均3.3mg/L,TN去除率最高达到97.35%,平均达到70%;3)试验期间人工湿地植物生长正常。     

AFB-MFC系统有机基质降解及产电模型

为了探明厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)产电及有机基质降解之间的关系,基于AFB-MFC阳极系统物料平衡和微生物的增长建立了有机基质降解数学模型,并基于进水流量、外电阻及有机基质浓度建立了产电模型,通过AFB-MFC系统处理高浓度有机废水试验对有机基质降解模型和产电模型进行了验证。AFB-MFC系统有机基质降解动力学模型为q=0.607S/(398.82+S),产电模型为:U=96485S/8*Q·[6×10-6S-0.0133]·Rex。     

碳化棉织物作为微生物燃料电池廉价阳极材料的研究

使用廉价的日常废棉纺织物作为原材料,通过碳化处理制备了一种新颖的、生物相容性的、多孔的、高导电性的、低成本的碳化棉织物（CCTs）电极,并且用于微生物燃料电池（MFCs）的阳极材料.采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）,X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）,傅里叶变换红外光谱（FTIR）,X射线光电子能谱（XPS）和Brunauer-Emmett-Teller （BET）等方法进行表征.表征结果显示,CCT-1000电极的表面比较粗糙,比表面积为209.64 m²·g^–1,大大增强了电极与细菌之间的相互作用,从而增加了细菌在电极上的负载量,促进了细菌胞外电子传递（EET）.使用CCT-1000阳极的MFC的输出功率为738±20 mW·m^–2,比使用商业碳毡阳极的MFC的输出功率提高了43%.另外充分利用廉价的废棉纺织物,可以大大降低MFCs的成本,同时减少环境污染问题.     

Performance of Sewage Sludge Treatment and Electricity Generation by Different Configuration Microbial Fuel Cells

This paper compared the degradation efficiency of sludge organic matters and electric-production by two typical microbial fuel cells——dual-chamber microbial fuel cell(DMFC)and single chamber air cathode microbial fuel cell(SAMFC),and the variations of sludge protein,polysaccharide and ammonia nitrogen within the systems were also investigated.The results showed that the concentration of sludge soluble chemical oxygen demand,protein and carbohydrate of DMFC are higher than these of SAMFC during the systems operation,while DMFC can achieve a better ammonia nitrogen removal than SAMFC.Under the same operation condition,the stable voltage output of DMFC and SAMFC is 0.61 V and 0.37 V;the maximum power density of DMFC and SAMFC is 2.79 W/m3and 1.25 W/m3;TCOD removal efficiency of DMFC and SAMFC is 34.14%and 28.63%for 12 d,respectively.Meanwhile,DMFC has a higher coulomb efficiency than SAMFC,but both are less than5%.The results showed that DMFC present a better performance on sludge degradation and electric-production.     

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%.     

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%。     

双室型无质子膜MFC协同去除COD和含氮污染物的能力

分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,以间距180μm的不锈钢网为电极,构建了双室型无质子交换膜微生物燃料电池（MFCs）污水处理系统,厌氧消化菌在阳极附着成膜,组成生物阳极氧化去除有机污染物;反硝化菌在阴极附着成膜,组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,实现污水深度处理。在电池系统稳定运行期间,最高开路电压为126．6mV,COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率分别为88．9％、97．7％和98．2％,而出水中NO2--N的含量始终低于1．25mg／L。阳极室和阴极室不连通时,两室COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率之和分别为67．0％、76．9％和84．0％,明显低于MFCs系统对污染物的去除能力,这表明该MFCs系统通过耦合阳极氧化和阴极还原作用,具有良好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

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...     

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。     

氢-空交指流场PEM燃料电池特性研究

目的研究电池温度、加湿温度、气体流量对氢-空交指流场PEM电池性能的影响,优化操作参数,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试系统测量了PEM燃料电池的性能,分析了电池温度、加湿温度和气体流量对其性能的影响.结果单有氢气或空气加湿,质子交换膜不能充分湿润,燃料电池性能较低;当电池温度和加湿温度同时等于343 K时,电池性能最佳;实验条件下,空气流量为260 ml.cm-3时,最佳氢气流量为70 ml.cm-3.结论实验结果对PEM燃料电池的参数优化具有重要的参考作用,为其推广应用提供实践依据.     

一种燃料电池功率调节器的建模与控制

燃料电池发电因其高效环保越来越受到社会各界的关注,但其输出电压范围宽、特性偏软,必须借助于大功率DC／DC变换器作为输出功率调节环节。通过分析燃料电池发电系统中的功率分配原理,引入蓄电池二阶RC等效电路,从输出功率的角度对调节器进行建模并设计了相应的控制器,通过在Matlab中仿真和制作样机试验,均取得了良好的效果,结果证明了设计的合理性。