微生物燃料电池中新功能材料的进展(英文)

微生物燃料电池(MFC)主要由电极、催化剂和膜等3种重要原件组成.为了获取最大的功率密度和实现更高的库伦效率,研究人员不仅在结构设计上对MFC进行了很大的改进,而且在实现其功能的新材料方面,也取得了一定的进步.MFC电极通常使用碳质材料.就阳极而言,改变碳质材料的分子结构,可以使MFC阳极表现出良好的生物电化学性能,如碳纳米管的使用.但是,以碳作为基底实现聚苯胺与二氧化钛结合的复合材料,其优越的生物电化学性能,已经引起人们的特别关注.同时,为提高MFC的输出功率,MFC的结构设计也在不断变化,促使隔膜与阴极从分离的形式转向隔膜-阴极复合结构形式,这些结构形式通过Nafion117等聚合物或含官能团的四氟乙烯及聚吡咯与各种催化剂的复合来合成.参杂的催化剂常使用铂、铁酞菁、卟啉金属化合物、锰氧化物和热解铁酞菁进行合成,实现催化剂的固定化.另外,MFC阴极液或阴极液流经空气阴极表面时,阴极液最好含有过度元素氧化还原对或螯合铁,对提高MFC的效率有帮助.     

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。     

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。     

固定化纳米TiO2光催化降解粒子元青染料废水

以纳米TiO2为催化剂，以砂子为载体，高压汞灯为光源，对粒子元青染料废水进行光催化降解，结果表明，锐钛型TiO2对粒子元青染料有显著的光降解作用，并且讨论了初始pH值，H2O2用量等因素对光催化反应的影响。     

光催化氧化法降解丁醛废水

研究了以TiO2 半导体为催化剂 ,光催化降解丁醛废水的可行性。研究表明 ,CODCr4 0 0 0 0mg·L- 1左右的丁醛废水 ,经 30 0W高压汞灯照射 3h ,COD的去除率为 85%～ 92 %。同时还研究了催化剂的种类和用量、光照时间、温度、初始pH值、加入空气和H2 O2 等多种因素对光降解的影响。     

纳米TiO2/矿物复合光催化降解染料废水研究

直接热舍Fe2O3制备纳米TiO2／高岭石复合光催化材料。用XRD、FYIR、Raman技术对材料的晶体结构和分子结构进行表征分析。偶氮染料废水初始浓度40mg／L，催化剂添加量2g／100mL废水，废水初始pH=4，紫外光和太阳光下6h后偶氮废水降解脱色率分别为98．4％和62．5％。     

光催化新技术降解溴氨酸废水研究

以自然冷冻作为光催化的前处理过程,对溴氨酸废水的降解进行初步研究,考察了降解过程中Na 、CODCr、TOC及吸光度等参数的变化.实验结果表明,冷冻预处理能够有效去除废水中的盐分和部分有机物,有效改善光催化处理条件,解决了光催化处理过程中催化剂中毒问题,提高了光催化的处理效果.     

光催化降解有机磷农药废水的研究

研究了以ＴｉＯ_２粉未作为光催化剂，光催化降解有机磷农药废水的可行性。结果表明ＣＯＤＣｒ６５０ｍｇ·Ｌ－１，有机磷含量１９．８ｍ·Ｌ－１的农药废水，用３７５Ｗ中压汞灯照射４ｈ，ＣＯＤ的去除率为９０％，无机磷的回收率为９９．８％。同时还研究了先催化剂ＴｉＯ２的用量、初始ｐＨ值、空气流量、外加Ｆｅ３＋浓度等多种因素对光催化降解的影响；并利用太阳聚光做了室外实验。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

基于大肠杆菌催化的微生物燃料电池

使用不同PTFE含量的石墨/PTFE复合膜电极作微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)的阳极,通过大肠杆菌(Escherichia coli)的生物催化作用来获取电流.结果表明,细菌在电化学环境中会经历一个类似于自然选择的活化过程,经过电化学活化的细菌对葡萄糖的生物电催化活性显著提高.此外,复合电极中PTFE的含量能够显著影响微生物燃料电池中电流产生的效率.由恒阻和恒流2种放电模型得到的结果表明,在微生物燃料电池阳极上葡萄糖的电催化氧化涉及到2个动力学过程.     

不同电子受体微生物燃料电池处理含DCB废水试验

以碳刷为电极,分别采用高锰酸钾和铁氰化钾为阴极电子受体,构建双室型化学阴极微生物燃料电池(MFC),并以3,3′-二氯联苯胺(3,3′-dichlorobenzidine,DCB)和葡萄糖为共基质,研究DCB的降解特性及MFC的产电性能。结果表明:当电子受体浓度为500mg/L,DCB浓度50mg/L时,以高锰酸钾和铁氰化钾分别为电子受体的MFC最大开路电压相应达到741.1mV和277.2mV;MFC的输出电压随电子受体浓度的增大而增大;当外接电阻1 000Ω,DCB浓度为100mg/L时,两种电子受体的MFC均能获得最大输出电压,其中高锰酸钾阴极MFC为426.1mV,铁氰化钾阴极MFC为225.7mV,过高的DCB浓度会抑制MFC的产电效果;两种电子受体的MFC在49h内对DCB去除率均可达到70%左右。     

焦炭负载TiO2光催化降解阳离子艳红染料废水的研究

以Na2SiO3为黏结剂,将纳米TiO2固定在焦炭载体上,制备了负载型纳米TiO2光催化剂.并以此作催化剂,在紫外灯或太阳光照射下,对阳离子艳红染料废水进行光催化降解实验研究,探讨了催化剂投加量、外加氧化剂量、使用寿命和反应时间等因素对光降解反应的影响.实验结果表明,在紫外光或太阳光照射下、催化剂用量3 g/L、氧化剂(质量分数10%H2O2)为0.1 mL的条件下,质量浓度为20 mg/L的阳离子艳红染料废水经过20 min的处理,其脱色率达到96.5%.     

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.     

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%.     

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。     

纳米TiO2光催化降解有机磷废水的研究

通过对纳米TiO2及其复合材料光催化降解有机磷农药进行的研究,分析了在不同催化剂、不同浓度AgNO3浸渍、不同实验装置条件下的光催化降解效果,说明载银纳米TiO2催化剂对有机磷农药废水有很好的催化性。     

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.     

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%.