无介体微生物燃料电池的研究进展

微生物燃料电池的出现使得降解有机污染物的同时收获电能成为可能，因而受到广泛关注。从产电微生物和电池结构两部分介绍了无介体微生物燃料电池的研究进展，对产电微生物的研究主要从产电微生物的种类、影响微生物产电的因素以及产电机理等方面进行阐述；对微生物燃料电池结构的研究，主要从电池阳极及阳极室、阴极及阴极室、分隔材料、整体结构和运行方式等方面进行了阐述；从提高微生物燃料电池产电能力的角度出发，对微生物和电池结构提出了研究方向，并展望了产电微生物燃料电池的研究前景。     

微生物燃料电池处理污水并产能的潜力分析

全球性能源危机导致污水处理朝着资源化与能源化的方向发展。欧美倡导的能源工厂或碳中和运行理念更是激发了从污水中回收能源的国际研发与应用热潮。作为一种能够同时将有机物去除并将其所蕴含的能量直接以电能回收的技术,微生物燃料电池(MFC)技术研发方兴未艾。这就需要首先在科学上系统了解MFC的发展历程、基本原理、研究现状,继而从工程角度分析MFC在污水处理中得以应用的潜力。在总结MFC最新研发进展的基础上,对MFC用于实际污水处理可获得的能量进行了匡算,发现其能源转化效率还不及污水处理剩余污泥厌氧消化产甲烷可获得的能源转化效率。况且,MFC的有限能量转化是以牺牲脱氮除磷所需碳源作为代价。以MFC为基础衍生而来的微生物电解电池(MEC)产氢技术在实际应用时可能亦存在相同问题。面对MFC/MEC目前的应用窘境,对其未来技术研发走向进行了定位。     

非金属矿物粉体表面改性技术进展

表面改性是非金属矿深加工的主要技术之一,对提高非金属矿产品的应用性能和应用价值至关重要。本文从粉体表面改性方法、工艺、设备、表面改性剂及其配方等方面综述了非金属矿物粉体表面改性技术现状,从表面改性工艺与设备、改性剂及其配方、层状硅酸盐矿物的插层以及表面无机复合改性等方面综述了非金属矿物表面改性技术的最新进展;并对发展前景和发展趋势进行了展望。     

用粉体表面改性技术制备拒水粉

拒水粉是一种新型建筑防水材料，被称之为神奇的粉末。本文就如何利用粉体表面改性技术制备拒水粉，从理论上和具体的实验方法上作了详尽的说明。     

微生物燃料电池同步还原五价钒并产电

五价钒(V(Ⅴ))具有较强的毒性,在环境中广泛存在。本文采用双室微生物燃料电池,以人工模拟的含钒废水作为阴极电子受体,实现了V(Ⅴ)的同步还原与产电。同时发现:较高的初始V(Ⅴ)质量浓度能够提高微生物燃料电池的输出功率密度,但不利于V(Ⅴ)的去除;降低pH对功率密度和V(Ⅴ)的去除率都有利,但当pH低至2时,再减小pH,上述两指标没有显著提高。V(Ⅴ)在微生物燃料电池中被还原为V(Ⅳ),后者可以通过调整pH而沉淀,从而实现了含钒废水的有效处理并回收电能与钒元素。     

两瓶型微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的研究

采用两瓶型微生物燃料电池(MFC)处理垃圾渗滤液,考察了其产电情况和对污染物的降解效果.结果表明:渗滤液中的有机物在阳极室得到了较好的去除,当进水COD为1 105mg/L时,对COD的去除率约为78.3%.随着渗滤液比例的增大,电流密度和功率密度逐步下降,这是由于阳极室溶液的电导率下降造成的.随着渗滤液浓度的增加,输出电压、电流密度和功率密度增大,同时MFC的产电周期明显延长,从COD为502 mg/L时的4d增加到COD为1105mg/L时的近7d.当以渗滤液为底物时,相比以乙酸钠为底物的情况,MFC的最大功率密度有所降低,从2.0 W/m3下降为0.78 W/m3,内阻也有所增大,从300Ω增加到约500Ω.     

离子膜在填料型微生物燃料电池中的应用

利用不同廉价离子交换膜作为填料型微生物燃料电池(MFC)的分隔材料,考察其运行情况,表征其内阻、极化曲线、功率密度、膜面电阻以及对有机物和氧气的扩散系数。结果表明:相比以阳离子交换膜作为分隔材料的MFC(CMFC),以阴离子交换膜作为分隔材料的MFC(AMFC)内阻更低,功率密度更高,最大功率密度可达2.4 W/m2。在长期运行过程中AMFC的内阻及膜面电阻变化均较小。长期运行后,阳离子交换膜靠着阴极侧沉积较多的盐类,而阴离子交换膜则未观测到。阴离子交换膜对NaAc的阻隔效果较阳离子交换膜差,而对葡萄糖的阻隔效果与阳离子交换膜相差不大,阻隔氧和有机物最好的为CM3型阳离子膜。     

以葡萄糖为底物的微生物燃料电池产电特性研究

以城市污水处理厂的好氧和厌氧污泥作为接种液,通过构建双室微生物燃料电池,考察了以葡萄糖为底物时连续流微生物燃料电池降解有机物及产电的特性.结果表明:以泡沫镍板、石墨板作为阳极时的产电效果较好;在一定温度范围内,提高温度可增大电池的输出电压和开路电压;对阴极室供氧可提高微生物燃料电池的开路电压和输出电压;随着外接电阻值的增大,微生物燃料电池的输出电流变小,符合原电池电极的一般规律.     

利用藻类和厌氧污泥构建的微生物燃料电池及其产电净水性能研究

针对传统微生物燃料电池产电效率低、处理污水效果差的现状,提出并详细介绍了一种在藻类和厌氧污泥协同作用下的微生物燃料电池装置。该装置利用藻类的光合作用和厌氧污泥净化污水的作用,既能高效产电又能净化城市黑臭水。同时,通过实验研究了该装置的产电性能和COD降解效果。结果显示该装置最大输出功率密度可达到1.83 m W/m~2,COD总降解效率约为64.0%,表明了在藻类和厌氧污泥的协同作用下微生物燃料电池的产电效能和净化黑臭水的效果远大于传统微生物燃料电池,具有良好的应用前景。     

微生物燃料电池处理含硫废水

微生物燃料电池的研究与应用,对缓解当前的能源危机有重大意义,其发展潜力很大。文章简述了微生物燃料电池的工作原理。同时,该文也阐述了一些影响微生物燃料电池去除硫化物的因素。     

碱处理污泥为底物的微生物燃料电池产电特性

利用剩余污泥作为接种体,在不添加任何营养元素的情况下,成功启动了两室型微生物燃料电池(MFC)。对剩余污泥进行碱解预处理,考察将其作为MFC底物的可行性,同时分析了剩余污泥经不同时间的碱处理,MFC产电性能的变化及其对污泥的降解效果。结果表明:利用碱预处理污泥作为底物时,MFC的稳定输出电压、最大产电功率密度和对TCOD的去除率均提高,同时周期运行时间延长。并且,随着碱处理时间的延长,MFC的稳定输出电压、产电功率密度和对TCOD的去除率均增大。当碱处理时间为24 h时,稳定输出电压达到630 mV(外阻R=500Ω),最大产电功率密度为11.73 W/m3,对TCOD的去除率为25.3%。这与碱处理使得固体有机物被水解有关。     

新型滴滤式生物阴极微生物燃料电池的性能研究

设计了新型滴滤式生物阴极微生物燃料电池(MFC),考察了其产电及污水净化特性。滴滤式MFC阴极的充氧效果良好,稳定产电的电流密度高达39 A/m3,最佳阴极循环流量为120 mL/min,此时最大功率密度为91.2 W/m3。滴滤式MFC可以实现阳极除碳、阴极硝化,对COD和NH4+-N的去除率分别为72.8%和98.7%,且阴极的硝化过程在一定程度上缓解了阴极pH值的升高。滴滤式MFC能够在无机械曝气的条件下维持产电和净化污水效能,其低能耗的特点为MFC的实际应用提供了一种新的解决方案。     

用于产电纯菌研究的MFC反应器的开发

以纯菌为对象进行产电机理研究是微生物燃料电池(MFC)技术进一步提高输出功率、走向实用的重要基础之一,然而由于产电纯菌研究要求的无菌性、厌氧性较为苛刻,给此类反应器的搭建、运行造成诸多困难。基于此,设计搭建了一种可灭菌的组件式两瓶型MFC,对其各组件进行了比较研究,并考察了接种Geobacter sulfurreducens后MFC的运行情况。研究结果表明,该反应器在运行周期内可保持良好的灭菌状态;使用铁氰化钾可有效地降低阴极极化,并保持阳极室的厌氧状态;该反应器可以较好地满足MFC对纯菌研究的要求。     

基于混菌产电微生物燃料电池的最新研究进展

混菌微生物燃料电池(MFC)是直接利用环境中多种微生物附着于阳极而产电的方式,相对于纯菌MFC的前期菌种培养和富集,混菌电池的启动不仅省时且更节约成本,同时其抗环境冲击的能力也更强,电池稳定性更高。介绍了混菌MFC的最新研究现状,详细讨论了产电微生物的种类、电子传递机制、影响混菌MFC产电效能的主要因素,以及目前存在的问题等,并指出了混菌MFC的未来研究重点和方向。     

微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响

以阳极开路电势和阳极内阻为评价指标，比较了碳纸、石墨和碳毡3种阳极材料的产电性能，考察了孔体积、表面积、孔径分布、表面粗糙度和表面电位5种阳极特性对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明，增加多孔电极的孔体积、表面积以及内孔径都可以提高阳极上的微生物量，并降低了阳极内阻；增加非多孔电极的表面粗糙度也可增大阳极上的微生物量，同时还能降低阳极的内阻。表面电位对阳极微生物富集和产电也有影响，对于初始电位分别为450、300和40mV的阳极，产电稳定后其上的蛋白质含量分别为38、82和98μg／cm^2，说明表面电位越低则生物量越高，内阻越小。     

生物阴极微生物燃料电池产电性能的研究

构建了一个生物阴极微生物燃料电池,研究了外阻、基质初始浓度、缓冲溶液对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明:当外阻≥50Ω时,微生物燃料电池能稳定运行,其库仑效率随着外阻的减小而增大;微生物燃料电池稳定运行的时间随着基质初始浓度的增大而增加,但库仑效率随着基质浓度的增大而减小;缓冲溶液能提高微生物燃料电池的输出电压和库仑效率,使溶液的pH保持在中性附近,有利于微生物的生长。     

燃料电池的应用与发展

介绍了燃料电池的工作原理、分类、特点及应用,简述了国内外燃料电池的发展状况和前景。