SA-PQ-11/CF阳极提高MFC废水处理效果与发电性能

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(SA)-聚季铵盐-11(PQ-11)/碳毡(CF)阳极(SA-PQ-11/CF),分别以制药废水和糖蜜废水为阳极液,以CF为阴极,构建了MFC系统,采用SEM对阳极表面形貌进行了表征,通过循环伏安(CV)特性和电化学阻抗(EIS)特性、化学需氧量(COD)去除率对其性能进行了考察。结果表明,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CF阳极的MFC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CF阳极的MFC提高了275%和95%。

微生物燃料电池脱氮研究进展

能源短缺促使人们积极探索各种可再生资源及可持续发展绿色能源技术。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)作为一种环保型能源技术,在将生物质转化为电能的同时,也能有效减少环境污染物的排放,展现出了巨大的发展潜力。近年来,利用微生物燃料电池(MFC)处理含氮废水受到广泛关注,不仅能有效去除水与废水中氮元素污染,还能回收部分能量,从而克服传统含氮废水处理所存在的高能耗缺陷。文章综述了MFC的应用和原理及其在脱氮方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望。

微生物燃料电池处理畜禽养殖废水研究进展及展望

随着畜禽养殖业向规模化、集约化方向发展,畜禽养殖过程中产生的大量废水成为畜禽养殖场周围环境污染的重要因素。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)作为一种电化学微生物技术,能够在去除废水中有机物的同时产生电能,在处理高浓度畜禽养殖废水方面具有广阔的发展和应用前景。本文介绍了MFC的分类,并从污染物(化学需氧量、氨氮、总磷和抗生素)去除和产电性能两个方面分析MFC在畜禽养殖废水处理领域的研究现状,并拓展性地阐述了新型耦合MFC技术处理畜禽养殖废水的应用前景,最后指出MFC处理畜禽养殖废水存在的问题,并提出未来可行的发展方向,包括放大装置尺寸、开发新型耦合MFC技术、研究参数的交互作用、深入发掘污染物去除机理和电子传递机制。

微生物燃料电池在废水处理中的研究概况

总结了微生物燃料电池(MFC)性能的影响因素(阳极材料、阴极材料、电极间距以及pH),探究了近年来MFC在生活污水、农业废水、工业废水处理方面的应用研究以及产电性能,探求了当前MFC的不足,并对MFC未来的发展方向进行了展望。

FeS2/还原氧化石墨烯复合物修饰碳布电极所制微生物燃料电池阳极的产电性能研究

调整氨水用量(30,50,100,150μL),以氯化铁和还原氧化石墨烯(rGO)为主要原料采用水热法合成4种二硫化亚铁/rGO复合物[FeS_(2)(30)/rGO、FeS_(2)(50)/rGO、FeS_(2)(100)/rGO、FeS_(2)(150)/rGO)],滴涂在碳布电极表面制备FeS_(2)/rGO修饰碳布电极。以修饰碳布电极构建微生物燃料电池(MFCs)阳极,并在阳极溶液中添加活性大肠杆菌培养液,用作MFCs生物催化剂;以碳纸小片构建MFCs阴极,和阳极构成双室型MFCs,以考察MFCs的产电性能。结果表明,FeS_(2)/rGO为呈薄纳米片层结构的rGO与呈片状的白铁矿FeS_(2)和黄铁矿FeS_(2)的混合物或呈八面体结构的黄铁矿FeS_(2)自组装形成的微球,以其修饰碳布电极制成MFCs阳极后,产电功率得到不同程度的提高,其中以FeS_(2)(50)/rGO制得的MFCs阳极在1.0 mV·s^(-1)扫描速率下的最大功率密度可达2 984.8 mW·m^(-2),是rGO以及裸碳布所构建MFCs阳极的1.7倍和2.5倍。循环伏安和电化学阻抗谱测试结果显示,FeS_(2)(50)/rGO修饰的碳布电极的电活性面积较大,FeS_(2)(50)/rGO和活性大肠杆菌间的胞外电子转移效率较高,二者协同作用,提升了MFCs的功率密度。

人工湿地-微生物燃料电池中电极研究进展

【目的】近年来,人工湿地(CW)与微生物燃料电池(MFC)相耦合,形成了一种新型的生物电化学系统——人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC),具有出色的污染物降解和生物发电性能。本文旨在总结电极的特性和应用,介绍不同电极材料对系统的影响,最后对其未来的研究方向提出展望。【方法】结合国内外最新的研究成果。【结果】总结了电极的功能特性和应用,介绍了不同电极材料在废水处理过程中的性能差异以及对发电效率的影响,并对其未来的研究方向提出了展望,为CW-MFC的技术发展作进一步参考。【结论】CW-MFC是一种具有广泛应用前景的生物电化学系统。未来研究方向包括优化电极材料、提高系统运行效率、降低成本等方面。同时,还需要加强在实际应用中的研究,以推动该技术在环境保护和能源领域的应用。

中心脉冲气-液-固循环流化床微生物燃料电池产电特性

为进一步提升微生物燃料电池(MFC)的电化学性能,设计并搭建了一个中心脉冲气-液-固循环流化床微生物燃料电池(CPCFB-MFC),通过设计多组实验工况研究了脉冲液流频率和幅值、颗粒循环速率及气体流量对CPCFB-MFC产电及污水处理特性的影响。在中心液流脉冲频率为0.25 Hz、脉冲幅值为0.08 m/s、颗粒循环速率为3.3 kg/(m^(2)·s)、气体流量为2 L/min条件下,CPCFB-MFC的输出电压达到最高(为649.2 mV),此时污水处理时间最短(为77 h)。通过对比不同工况的污水处理效率和综合能耗,证明了在反应器内采用脉冲液流和气-液-固循环运行方式能进一步提升MFC的综合性能。这项工作对推动微生物燃料电池技术的产业化具有重要意义。

HA@Fe_(3)O_(4)修饰阳极增强微生物燃料电池降解类固醇雌激素

利用腐植酸(HA)与具有较强电容性的纳米Fe_(3)O_(4)颗粒形成的金属化合物(HA@Fe_(3)O_(4))修饰微生物燃料电池(MFC)阳极,探究含有以17α-乙炔基雌二醇(EE2)为代表性类固醇雌激素(SEs)的模拟废水在MFC阳极的降解特性,并对EE2降解过程中MFC的产电特性进行了表征。电化学交流阻抗测试结果表明,与不存在HA@Fe_(3)O_(4)的MFC相比,存在HA@Fe_(3)O_(4)的MFC的欧姆阻抗降低了79.58%,电荷转移阻抗降低了89.60%。循环伏安扫描结果显示,HA@Fe_(3)O_(4)的存在显著增加了阳极板的电容。HA@Fe_(3)O_(4)修饰阳极后MFC最大功率密度可达537.37 mW/m~2。HA@Fe_(3)O_(4)修饰的阳极可显著提高MFC对EE2的去除率,EE2在低浓度下(≤5.0μmol/L)可以介导电子转移,提高MFC的产电性能,进而提高MFC去除EE2的能力,但高浓度(5.0~10.0μmol/L)时会抑制微生物的活性并降低MFC产电效率。

硫掺杂石墨烯作为MFC阴极性能和生物毒性检测

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.3%,这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭(AC)、炭黑(CB)以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明,S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h,输出电压为0.33V,而rGO催化的反应器每个周期可持续24h,输出电压为0.30V;CB催化的反应器每个周期可持续23h,输出电压为0.26V。以苯扎氯铵(BAC)为生物毒性物质,探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能,根据电压与BAC浓度的线性拟合结果,发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性(相关系数为0.996),而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932,表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。

电化学-膜生物反应器强化污废水处理的研究进展

电化学耦合膜生物反应器(EMBR)是新兴的污废水处理技术,除了能够高效去除常规污染物,EMBR在去除微污染物和病原微生物、缓解抗生素抗性基因增殖、控制膜污染和回收生物能源与资源等方面也具有显著的优势。综述了EMBR工艺的原理及特点、污废水处理效能、能源与资源回收效果、膜污染控制和技术挑战。为了推动EMBR的工程应用,未来仍需开发具有高导电性、生物相容性的电极材料,优化反应器构型和操作条件,以持续提升对污废水的处理效能。

产电微生物对SMFC产电及降解性能的影响

目的在以含油污泥为阳极底泥的沉积型微生物燃料电池(SMFC)体系中,通过改变产电微生物种类和分布方式,探究产电微生物对SMFC产电及降解性能的影响。方法通过采集输出电压、功率密度、表观内阻来检测石油去除率,比较了不同单菌-SMFC、不同混合菌-SMFC的产电性能和降解性能,考查了菌种分布对SMFC性能的影响。结果在单菌-SMFC中,弗氏柠檬酸杆菌-SMFC的产电及降解性能均优于其他5种单菌构筑的SMFC;混合菌-SMFC的产电及降解性能较单菌-SMFC有较大提升,且其中蜡样芽孢杆菌+中间苍白杆菌-SMFC的产电及降解性能最优,输出电压可达到515.30 mV;菌种分布在阳极材料中和阳极底泥中都可以降解含油污泥中的有机物,但是菌种分布在阳极材料中更有利于SMFC产电性能及降解性能的发挥。结论混合菌相对于单菌能够显著提升SMFC的产电及降解性能,而且菌种分布在阳极材料中更有益于SMFC产电性能及降解性能的发挥。

氮掺杂多孔碳材料阳极制备及其在微生物燃料电池上的应用

微生物燃料电池(MFCs)作为一种可以替代传统能源的生物电化学系统引起研究者的极大兴趣,其阳极材料的构造是目前的研究热点.本文从改善阳极材料表面物理化学性质的角度出发,用吐司作为多孔碳前驱体,三聚氰胺为氮源,直接烧制氮掺杂三维碳材料,并与不添加氮源的阳极材料和未改性的商用碳布进行比较.制备的掺氮NB1000阳极具有较大的比表面积(216.664 m^(2)·g^(-1))和优良的电导率.利用Geobacter和Shewanella混合菌落在微生物燃料电池(MFCs)中进行培养和性能评价,NB1000阳极的微生物燃料电池最大面功率密度为3049.714 mW·m^(-2),电流密度为7.4464 A·m^(-2),分别是普通碳布阳极的6.54倍和1.54倍.结果表明,NB1000作阳极的MFCs具有较高的功率密度,主要归因于阳极中引入氮掺杂,促进了产电微生物胞外电子传递过程所需的外膜c型细胞色素OmcA和MtrC的分泌.

基于底栖型微生物燃料电池的水下供电系统构建与产能评价

目的改善目前水下生物供电系统能量收集效率低、供电能力弱的问题,方法构建基于碳毡阵列阳极的水下生物电池单元,以及具有2级电荷泵复合升压结构的电源管理单元。将2个子单元耦合,构建水下生物供电系统样机,并对其供电能力进行评价。结果测试结果表明,电源管理单元能够将生物电池13~18 mW的持续输入能量有效收集至储存介质中,能量收集效率达到60.65%。生物电池单元产生的能量在满足温度/pH传感器以及水下通讯机工作的同时,每天仍能够产生385.68 J的净能量收益。结论构建的水下生物供电系统能够实现水下生物电能的高效收集与存储,可为海洋环境信息采集与传输系统提供长期、稳定的原位能源供应。

基于萤火虫优化模糊P&O的微生物燃料电池最大功率点跟踪

针对微生物燃料电池产电量低、输出不稳定等问题,提出一种混合萤火虫优化和模糊改进扰动观测的最大功率点跟踪算法,利用双种群萤火虫算法的全局优化能力和模糊控制的逻辑推理能力产生更精确的控制信号,通过Boost变换器对等效负载进行动态调节。结果表明:基于双种群萤火虫优化-模糊扰动观测的最大功率点跟踪算法能以更快的速度追踪到并稳定在最大功率点,降低了稳态误差,抑制了功率振荡,提高了抗干扰能力,显著改善了微生物燃料电池的产电能力和供电质量。

MFC处理含砷废水研究进展

三价砷可以在微生物燃料电池的阳极中被氧化为五价砷,该技术具有成本低、效率高、无二次污染等优点,有希望成为三价砷污染废水处理的一种新方法。介绍了微生物燃料电池处理砷废水的机制,分析了电化学过程和微生物在砷废水处理中的协同作用,提出了加强微生物燃料电池处理含砷废水效率和实际应用的可能途径。

微生物燃料电池阴极改性以增强电化学性能

为了得到可以提高微生物燃料电池功率输出的有效方法,选择对微生物燃料电池的阴极催化剂进行改性。文章将钴(Co)纳米颗粒接入到碳基复合材料上并通过一系列物理表征方法进行分析,结果显示:使用改性后阴极催化剂的微生物燃料电池最大功率密度为3.53 mW/m^(2),比未改性之前提高21.82%;此外,改性后阴极催化剂具有更大的比表面积和更多的介孔,表明钴可以通过增加电催化活性位点来加快氧化还原反应进程。因此,钴纳米颗粒修饰的阴极催化剂是一种极具潜力的新型催化剂。

微生物脱盐燃料电池高效除盐研究进展

微生物脱盐燃料电池(MDC)是一种新兴的绿色可持续循环能源技术,利用微生物胞外呼吸作用同步驱动除盐、产电及降解有机污染物。首先,概括了传统能源密集型除盐技术(热浓缩法和膜法)的能耗及局限性;然后,介绍了MDC运行机制、耦合系统及可持续发展影响因素;重点阐述了多种MDC耦合工艺协同高效处理废水的研究进展及其可持续发展面临的挑战;最后,展望了MDC在高效、可持续和低碳废水处理、盐水淡化和能源/资源回收方面的研究前景。

微生物燃料电池阳极材料的研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种在去除污染物的同时能够产生电能的生物电化学系统。阳极作为微生物生长繁殖的场所与电子传递的媒介,其生物电化学性质对整个MFC系统的产电性能有很大的影响。考虑到不同的传统阳极材料的局限性,综述了阳极改性和新型生物炭阳极材料开发的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望,以期为微生物燃料电池技术的发展和推广应用提供参考。

复合水凝胶阳极电极在微生物燃料电池的研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种具有广泛应用潜力的绿色能源技术,阳极材料选取是影响MFC性能的关键因素之一。随着阳极材料的研究发展,对二维阳极材料的研究逐渐过渡到三维多孔阳极材料。其中复合水凝胶材料的良好导电性、生物相容性以及电容性能显著提高MFC的产电储能性能。结合近年来对复合水凝胶阳极修饰材料电化学性能的研究现状,系统综述了复合水凝胶阳极修饰材料应用于微生物燃料电池的研究进展。

电刺激微生物调控人工湿地中CH_(4)和N_(2)O气体排放研究

人工湿地(CW)是温室气体(GHGs)产生及排放的重要源头,以微生物燃料电池(MFC)为基础调控CW中GHGs(包括CH_(4)和N_(2)O)的排放是一种新的思路。通过搭建升流式人工湿地(UCW)型MFC(UCW-MFC),分析了有无菖蒲(开闭路)和不同共基质浓度对产电性能及CH_(4)和N_(2)O排放的影响。结果表明:系统闭路条件下,有菖蒲比无菖蒲的功率密度提高了0.86 W/m^(3),而CH_(4)和N_(2)O排放通量分别增加约0.18 mg/(m^(2)·h)和31.67μg/(m^(2)·h),这说明菖蒲增加了GHGs的排放;高通量测序表明产生GHGs和产电的主要微生物包括变形菌属(Proteobacteria)、厚壁菌属(Firmicutes)、不动杆菌属(Acinetobacter)、拟杆菌属(Bacteroidetes)、地杆菌属(Geobacter)、甲烷丝状菌属(Methanothrix)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)等。