藻类微生物燃料电池的构型发展及应用现状

在废水处理过程中,探索资源与能源回收方案,实现废水处理的碳中和是目前的重要发展方向。作为一种可持续发展技术,微生物燃料电池(MFC)因可同步实现废水处理与电能回收而备受关注。将MFC与微藻相结合构建光合藻类微生物燃料电池(PAMFC),系统中微藻与产电菌协同降解有机物,在去除氮、磷等同时将化学能转化为电能。近年来,使用不同构型PAMFC处理废水成为水处理领域的研究前沿,但对PAMFC构型介绍几乎没有。因此,文章详细阐述了PAMFC的各种构型(单室、双室、沉积型和其他构型)以及运行原理,从电极材料、温度、pH等方面分析了PAMFC的产电影响因素,并具体总结了近些年PAMFC系统在处理生活污水、工业废水、养殖废水等方面的应用进展。最后,针对PAMFC在研发过程和实际应用中的难点,提供了解决思路,并对未来PAMFC可行的研究方向进行展望,以提高产电效能。

影响MFC产电能力及污水净化的非生物因素研究

以厌氧污泥接种模拟生活污水,构建双室无介体型微生物燃料电池(MFC).以输出功率密度、库仑效率和CODCr(化学需氧量)去除率为评价指标,采用正交设计考察4种非生物因素(即阴、阳极材料、底物和电子受体)对MFC产电及污水净化的影响.在此基础上进一步探讨阴极离子浓度对电能输出的影响.结果表明:对MFC产能及污水净化的影响因素顺序为:电子受体>阳极>阴极>底物,最优组合为碳毡-乳酸钠-不锈钢板-铁氰化钾+溶解氧;向阴极液中投加NaCl可使产电能力显著增强,最佳投加量为150mmol·L-1.同时,阴极室定期添加铁氰化钾可维持电流稳定.试验中,葡萄糖型、乳酸钠型以及混合型底物模拟污水的CODCr均得到有效去除,平均去除率达85.2%,显示了研究的MFC具有很强的产电和污水净化能力.

双金属导电金属有机框架材料Ni/Co-CAT的制备及其氧还原催化性能研究

以2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯(2,3,6,7,10,11-Hexahydroxytriphenylene,HHTP)为有机配体,Ni、Co为金属中心,通过水热法制备了对应的儿茶酚酯盐(Ni-catecholate、Ni-Co-catecholate,以下简称Ni-CAT和Ni-Co-CAT).对其进行表征后,选用单室反应器装置搭建微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC).将Ni-CAT和Ni-Co-CAT与炭黑以3∶1的质量比混合后应用于MFC阴极催化氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR).结果表明,Ni-Co-CAT催化的MFC反应器性能最好,其MFC反应器的最大输出电压和功率密度分别为310m V和190mW/cm^(2),与商业Pt/C的性能相当.Ni-Co-CAT催化MFC的极限电流密度为2.84 mA/cm^(2),优于Ni-CAT的2.18 mA/cm^(2),表明在Ni-CAT结构中引入Co后,MFC产电效能得到了提升.主要原因是,Ni-Co-CAT与炭黑充分混合后,具有了更高的孔隙率和比表面积,其结构上的金属位点M-O_(6)(M=Ni或Co)提供了更多的催化活性,使Ni-Co-CAT具有最优的电化学催化性能.