外电阻值对3A-MFC产电和脱氮性能的影响

构建三阳极单阴极型微生物燃料电池（three-anode microbial fuel cells,3A-MFC）,该间歇流反应器通过在阳极提供有机物,在阴极提供有机物、氨氮和氧气,在产电的同时实现生物阴极同步硝化反硝化脱氮。考察了外电阻值分别为1000Ω、500Ω、150Ω、50Ω时对3A-MFC产电及脱氮性能的影响,当外电阻值为150Ω时,产电量达到最大值为583C,阳极库仑效率达到最大值为1.70%,内阻达到最小值为200Ω,此时外电阻值与内阻值最接近,产电效果最好。外电阻值由1000Ω减小到150Ω时,总氮（TN）去除率从79.7%上升到最大值为84.1%,TN去除速率从7.5mg/(L·d)上升到最大值为13.1mg/(L?d)。在一定外电阻值范围内,伴随其值的减小,电子转移速率逐渐提高,同时电对微生物的刺激作用得到增强,能够实现最佳的TN去除效率和去除速率。     

不同运行方式对多阳极型微生物燃料电池反硝化及产电性能的影响

利用多阳极型微生物燃料电池（multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC）实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当MA-MFC的阴极存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为64.35%,明显高于开路状态下同样时间内的硝酸盐氮去除率（45.89%）。当MA-MFC的阴极不存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为17.49%,而开路状态下的硝酸盐氮浓度没有变化。此外,MA-MFC采用并联方式运行时的产电性能和硝酸盐氮去除速率比采用串联方式运行时大幅提高。而在外电阻为100Ω时,MA-MFC在串联或并联状态下均能够达到最高的硝酸盐氮去除率及较高的产电性能。综合上述条件,发现当MA-MFC处于闭路状态、采用并联方式运行、阴极无碳源以及外电阻为100Ω时,能够实现最佳的硝酸盐氮去除率和最大输出功率,分别为94.21%、2.07W/m³。     

铁空气电池产电同步絮凝除磷性能及影响因素研究

利用碳基空气阴极构建铁-空气电池絮凝反应器,考察电池外阻、溶液电导率、初始pH值对铁空气电池絮凝除磷及电池产电的影响。结果表明,在10Ω外阻,NaCl浓度10 mmol/L,磷酸盐浓度5 mg/L条件下,絮凝时间40 min,不同初始pH条件下,磷酸盐去除率可达到98%以上,电池平均电流密度达到0.22 mA/cm~2。对实际生活污水的絮凝实验表明,磷酸盐浓度5 mg/L时,絮凝40 min,磷酸盐浓度降低至0.5 mg/L以下,满足一级A排放标准要求。     

铁空气电池产电同步絮凝除磷性能及影响因素研究

利用碳基空气阴极构建铁-空气电池絮凝反应器,考察电池外阻、溶液电导率、初始pH值对铁空气电池絮凝除磷及电池产电的影响。结果表明,在10Ω外阻,NaCl浓度10 mmol/L,磷酸盐浓度5 mg/L条件下,絮凝时间40 min,不同初始pH条件下,磷酸盐去除率可达到98%以上,电池平均电流密度达到0.22 mA/cm²。对实际生活污水的絮凝实验表明,磷酸盐浓度5 mg/L时,絮凝40 min,磷酸盐浓度降低至0.5 mg/L以下,满足一级A排放标准要求。     

微生物燃料电池处理晚期垃圾渗滤液的特性研究

采用双室型微生物燃料电池(MFC)处理晚期垃圾渗滤液,考察了其产电性能及渗滤液处理效果。在外阻为1 000Ω,MFC中垃圾渗滤液的体积分数为20%时,其最大输出电压为660.6 mV,最大输出功率密度为2 182.0mW/m3。当体积分数升至100%,其最大输出电压为709.4 mV,最大输出功率密度为2 513.4 mW/m3,COD去除率约为70.4%。MFC运行期间,渗滤液中的氨氮一部分在阳极室中作为电子供体产电而被去除,另一部分从阳极室转移到阴极室,7 d内NH4+转移率达43%。与此同时,内阻从1 010Ω增加到2 000Ω,阳极液电导率从2.09×10-3S/cm下降到9.15×10-4S/cm。     

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。     

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.     

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。     

同步废水处理和产能的上流式空气阴极生物燃料电池

以活性炭颗粒为阳极,气体电极为阴极,葡萄糖模拟废水为基质构建了上流式直接空气阴极单室生物燃料电池(UACMFC),在连续运行条件下考察了电池的产电性能和水力停留时间(HRT)对电池性能的影响.结果表明,UACMFC具有较好的产电能力和稳定性,在外阻为9 000 Ω条件下,最大输出电压为0.915 V.HRT对生物燃料电池的产电性能和COD的去除效果均有影响,水力停留时间为8 h时,电池的最大输出功率密度为44.3 W·m-3(废水),COD去除率为45%.     

微生物燃料电池法净化含锌废水研究

初步探讨了用双室微生物燃料电池(MFC)净化含锌废水,同时降解有机废水。试验选用氧化沟厌氧段污泥为阳极底物,采用淀粉配制有机废水,在外接电阻为10Ω的情况下,启动MFC去除阴极室中的Zn2+,降解有机物。结果表明,当阳极室CODCr的初始质量浓度为1 230 mg/L,阴极室Zn2+的质量浓度为1 000 mg/L时,反应6 d后,获得输出电压为25 mV,输出功率为250 mW/m3。在阳极室,溶液CODCr的质量浓度从1 230 mg/L逐渐降解到280 mg/L,CODCr的最大去除率为77.2%;在阴极室,192 h后,Zn2+的去除率为35%。Zn2+的净化与有机物的降解具有关联性。试验也初步证明,微生物燃料电池具有处理含锌废水和有机废水,并同时产电的优势,这将是今后含锌废水处理的一个新的研究领域。     

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.     

改性生物质活性炭空气阴极MDC性能及微生物分析

构建了三室空气阴极微生物脱盐燃料电池(MDC)系统处理榨菜废水。对比了3种阴极催化剂(商品化铂碳(Pt/C)、载锰改性废菌渣活性炭(Mn-MRAC)、铁锰改性废菌渣活性炭(Fe/Mn-MRAC))的MDC产电、脱盐性能及阳极生物膜微生物群落的差异。结果表明,在产电与脱盐性能方面,Mn-MRAC在外电阻1 000Ω的负载下,输出电压、最大功率密度、库伦效率和脱盐速率分别为574 mV、2.59 W/m~3、(26.0±0.9)%和5.39 mg/h,其效果与Pt/C相似,但成本大大降低。Fe/Mn-MRAC的效果则与上述2者相差较大。这为用单金属元素锰改性废菌渣活性炭替代商用铂碳成为空气阴极催化剂提供了实践支持。高通量测序分析表明,3组MDC系统的阳极生物膜中产电菌种类相似但丰度不同,分别为80.93%的(Pt/C)、78.75%的(Mn-MRAC)和72.09%的(Fe/Mn-MRAC)。水解发酵菌属为榨菜废水MDC阳极的核心微生物群落。同时在3组阳极生物膜中发现了反硝化菌属,证明阳极可能存在反硝化反应。     

Rhodoferax ferrireducens微生物燃料电池中钒化合物的催化性能

以Rhodoferax ferrireducens菌为产电微生物,构建了可进行二次循环充电的微生物燃料电池,进行了NaVO3阳极催化和钒络合物K3[VO(O2)2(OOC-COO)] (KVC)阴极催化的研究. 结果表明,NaVO3浓度为4 mmol/L、外电阻510 W时,钒化合物阳极催化最大输出电流可达0.581 mA,与无任何催化剂存在的情况相比,输出电流提高0.272 mA;KVC阴极催化同样能够提高电池的性能,最佳钒络合物催化浓度为25 mmol/L时,最大输出电流可达0.949 mA;阴阳极室中同时加入催化剂后,电池输出电流进一步提高,最大输出电流可达1.06 mA.     

塑料电池材料的进展

美国宾洲大学为塑料电池制得导体高聚物,经研究认为聚乙炔(polyacetylene)作为导体高聚物已达科学先进水平,现采用添加氧来取得良好的电导率。以顺式聚乙炔制成薄膜,浸于非氧化酸HBF_4(氟硼酸)溶液中,然后暴露在一个大气压的氧中,四天后导电率增加,从原来10~(-9)欧·厘米(Ω·cm)升至1欧·厘米,可以充电。电池包括P-添加剂聚乙炔阴极及铅阳极,浸在氟硼酸溶液中,电池充电及放电产生电流为100～200     

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%。     

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。     

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。     

耦合生物阴极SND的MLMB -MFC的构建与运行

为有效提高脱氮效率、降低微生物燃料电池运行成本,设计了一种新型多通道折流板无膜微生物燃料电池（MLMB -MFC）。该系统耦合生物阴极同步硝化反硝化（SND）,实现产电的同时脱氮除碳。分别考察了系统的启动和运行情况,研究了不同阴极溶解氧（DO）和不同进水碳氮比（C/N）对MLMB-MFC的产电性能和SND效果的影响。经5 d启动运行后,平均功率密度达42.65 mW·m^-3,稳定运行后的最大功率密度（P_M）为94.22 mW·m^-3,有机物去除率为96.6%。阴极DO浓度为4.90~5.23 mg·L^-1、阳极基质C/N比为4时,总氮（TN）的去除率为27.9%,SND率为48.7%,表明该系统的生物阴极能较好地耦合硝化反应、异养反硝化反应和自养反硝化反应于一体,从而达到脱氮目的。     

单室型无质子膜微生物燃料电池协同去除COD和含氮污染物

分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,以间距180μm(80目)的不锈钢网为电极,构建了单室型无质子交换膜微生物燃料电池(MFC)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182.5 mV时,COD的去除率为96.5%;NH4+-N和NO3-N的去除率分别高于93.5%和96.7%,出水中NO2-N的含量低于0.072 mg L 1。当阳极室和阴极室分开时,COD、NH4+-N和NO3-N的最大去除率之和分别为67.0%、76.9%和84.0%,均明显低于阳极室和阴极室连通的MFC系统的去除率,这表明该MFC系统具有良好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

不同负载下热再生氨电池产电及Cu2+去除特性

热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery, TRAB）在利用低温废热产电的同时去除Cu²⁺,在含铜电镀废水的处理及资源回收方面具有独特的优势和良好的应用前景。而作为关键运行参数之一的负载不但影响电化学反应速率和产电性能,而且还会对Cu²⁺去除效果产生影响。此外,氨渗透现象的存在极大地影响了Cu²⁺的去除效果。本文在不同负载条件下对电池进行批次放电,探究负载对电池的产电特性及铜离子去除率的影响,利用循环伏安法探究不同氨浓度条件下阴极发生的反应。对产电后的阳极液进行热再生,探究不同再生温度对热再生过程、电池功率及Cu²⁺去除率的影响。研究结果表明,随着负载的降低（电流增大）,电池的产电量得到提升,批次处理所需的时间大幅缩短。并且较小的负载可以有效降低阴极氨渗透量,减弱副反应的发生,从而提升阴极库仑效率,因此获得较高的Cu²⁺去除率。当负载为1Ω时获得了较大的产电量（350C）,且处理时间缩短为2.1h,使得废水中Cu²⁺的去除率达到80.5%。热再生过程对下一批次电池性能和阴极Cu²⁺去除有重要影响,一定范围内提升再生温度有利于热再生过程的进行。