厌氧流化床单室无膜微生物燃料电池性能研究

在内径40mm、高600mm的液固厌氧流化床空气阴极单室无膜微生物燃料电池(MFC)中,分别以污水和椰壳活性炭为液相和固相,采用间歇运行方式,考察了接种厌氧污泥条件下流化状态和流化床反应器阴极位置对电池产电性能的影响.实验结果表明,活性炭床层处于流化状态下,电池最大输出功率随污水流速增加逐渐增加至450mW.m-2,但流速进一步增加则最大输出电功率则逐步减小;而电池欧姆内阻随污水流速增加先减小后增加.另外,实验考察了阴极位置对电池产电性能的影响.结果表明,高于分布板300mm处的阴极有较好的产电性能.

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。

新型单室无质子膜微生物燃料电池性能研究

采用不锈钢金属丝阳极构建了管状单室无质子交换膜空气阴极微生物燃料电池（MFC）,并以葡萄糖为唯一电子供体,研究MFC的性能.在室温下,初始ρ（CODCr）为496 mg/L,外接电阻为1 000Ω时,该MFC可以连续产电,最高电压达235.11 mV,开路电压为461.00 mV,内电阻约2 820Ω.实验条件下测得该MFC的最大功率密度为137.1 mW/m^2,库仑效率为32.4%.采用该MFC进行了啤酒酿造废水处理对比实验,在进水ρ（CODCr）为15 900 mg/L,停留时间为96 h下,MFC对废水CODCr的去除率达40%-55%,比厌氧生物处理效率高5%-10%.表明MFC技术可以在获得电能的同时,强化有机废水的生物处理过程.

单室型无质子交换膜微生物燃料电池产电及去污初探

微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）技术具有反应条件温和、底物广泛、清洁高效和能量输出等显著优点,被认为是最有潜力的污水处理技术[1]。利用MFCs的原理和技术,构建无质子交换膜MFCs,耦合阳极氧化和阴极还原,同时进行废水中还原性和氧化性污染物的深度处理是值得深入研究的科学问题。

单室直接微生物燃料电池的阴极制作及构建

在研制含铁离子阴极电极板的基础上,构建了单室直接微生物燃料电池.通过实验考察了单室无介体微生物燃料电池的产电规律及阴极板中铁离子含量对产电的影响.实验证明,单室直接微生物燃料电池是可行的,电能的输出主要依赖吸附在电极表面的细菌形成的生物膜,而与悬浮在溶液中的细菌及溶液中的其他物质基本无关.在单室无介体微生物燃料电池的阴极板中添加铁离子,通过铁离子在二价和三价间的循环转化,提高了电子的传递速率,加快了质子和氧气的反应,电池的输出功率达到14.58mW/m2.

单室直接微生物燃料电池性能影响因素分析

利用构建的单室微生物燃料电池,进行了阴极板中铁离子浓度、阳极底物、底物浓度及阳极板面积对单室直接微生物燃料电池性能影响的研究.结果表明:在其它条件相同的情况下,随着阴极电极板中Fe3+含量的增加,电池负载输出电压随之提高;不同底物的阳极反应,随着产生的电子和质子数的提高,电量随之增大;输出电压亦随底物浓度的增加而提高,但底物葡萄糖的浓度饱和值为0.72g/L;增加阳极板数量加大阳极比表面积,更多的微生物吸附在阳极电极上传递电子,电池输出电压与阳极板数量不成倍数关系.此研究为单室微生物燃料电池的应用提供了理论依据.

二氧化铅阴极单室微生物燃料电池处理有机废水研究

利用自制单室微生物燃料电池,采用污水处理厂的厌氧污泥接种,以自制钛基二氧化铅电极为阴极,运行微生物燃料电池11907min,成功获得了电能,最大功率密度为485mW·m-2。通过稳态放电法测得单室微生物燃料电池的内阻为300Ω。污水COD去除率达到40%左右,日平均去除1000.5mg·L-1,说明此单室微生物燃料电池在产生电能的同时对废水有较理想的处理效果。

不同膜微生物燃料电池的性能

以乙酸钠为碳源,铁氰化钾溶液为电子受体,以普通双极膜(膜A)、特种双极膜(膜B)和质子交换膜(膜C)构建的微生物燃料电池进行产电性能的实验研究。得到如下实验结果:膜A开路电压为0.77V,最大体积功率密度为3.23W/m3,由线性拟合方程可知其内阻为91.22Ω;膜B电池的开路电压0.748V,最大体积功率密度为3.52W/m3,内阻为92.26Ω;膜C电池的开路电压为0.796V,最大体积功率密度为3.75W/m3,内阻为79.29Ω。结果表明:各种膜在微生物燃料电池产电性能方面相近。通过膜效率的分析,在微生物燃料电池中,采用离子交换膜替换价格昂贵的质子交换膜是可行的。

膜在微生物燃料电池分隔材料中应用的研究进展

分隔材料是微生物燃料电池(MFC)中质子从阳极向阴极传递的必经通道,具有非常重要的作用,目前广泛采用的MFC分隔材料是各种类型的膜材料。本文综述了近年来膜在MFC分隔材料中应用的研究现状,分析了质子膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极膜、微滤膜、超滤膜、多孔滤料等不同膜材料用作MFC分隔材料时的特性、离子传递机制及其优缺点,并对微生物燃料电池分隔材料未来发展的方向和面临的挑战进行了展望。

单室微生物燃料电池处理生活污水特性研究

目的研究单室微生物燃料电池（MFC）在间歇运行条件下对COD、NH＋4、TP和NO-3的处理效果.方法采用石墨板为阴极,构建了单室空气阴极微生物燃料电池,以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源.结果进水COD质量浓度400~900 mg/L,出水COD质量浓度维持在100 mg/L;NO-3去除率可达到90%以上.单室空气阴极微生物燃料电池可以有效降解污水中的有机物,COD去除率可以达到80%以上,但COD的质量浓度并不是影响MFC电压的主要因素.微生物燃料电池对NH＋4和TP去除率都较低,同时表明阳极室中的NH＋4和TP并没有参与微生物燃料电池的产电反应,NH＋4和TP的质量浓度对微生物燃料电池的电能输出也没有明显影响.结论 MFC对于含NO-3的污水处理效果较好,但去除NO-3的同时对电池的产电效果影响很小.

无介体微生物燃料电池阳极生物膜传质分析

针对无介体微生物燃料电池阳极侧生物膜内的传递过程建立了一维稳态扩散传输模型,模型认为底物氧化产生的电子以直接方式传递至阳极,并考虑了生物膜内电势及pH的变化,计算获得了微生物燃料电池生物膜内的底物浓度、电势、电流密度以及pH值分布,讨论了生物膜的电导率、阳极电势和缓冲液浓度对生物膜内传质特性及产电性能的影响。计算结果表明随着生物膜电导率和阳极电势的增大,生物膜内底物浓度及pH值均降低,电池电流密度升高;进口缓冲液浓度越大,生物膜内pH值越高,有利于维持阳极生物膜内微生物的活性。

单室微生物燃料电池产电特性研究

采用石墨板为阴极构建了单室空气阴极微生物燃料电池(MFC),以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源,研究了该MFC在间歇运行条件下的产电性能、电池内阻情况和COD去除率。结果表明,最高输出电压随着周期数增加而增加,由0.075 9 V上升到0.200 6 V,最大输出功率密度为34.80 mW/m2;在一个运行周期内,电池内阻随着时间的延长而逐渐增大,由376.6Ω上升到682.0Ω,电池内阻的增大将导致输出电压降低。COD去除率由起始的49.23%达到最大值86.99%,说明此单室空气阴极微生物燃料电池在产电的同时处理污水的效果也较好。

电极间距对单室微生物燃料电池处理老龄垃圾渗滤液性能的影响

以体积分数为60%的老龄垃圾渗滤液为单室无膜空气阴极微生物燃料电池底物,考察电极间距分别为1、2、3、4、5 cm时电池产电性能及底物中物污染物的去除效果。结果表明,间距为2 cm时输出电压和最大功率密度最大,间距为4 cm时输出电压和最大功率密度最小;电极间距为1~3 cm时电池内阻随电极间距的增大而增大,而电极间距大于3 cm时电池内阻随电极间距的增大而减小。电极间距为2 cm时,微生物燃料电池(MFC)对老龄垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)和氨氮去除率最高;5个电池的库伦效率分别为35.6%、27.6%、35.4%、14.9%和14.9%,单室无膜空气阴极MFC可在一定程度上提高老龄垃圾渗滤液的可生化性。

正渗透微生物燃料电池反向溶质通量和膜污染控制技术研究进展

正渗透微生物燃料电池(OsMFC)采用正渗透(FO)膜代替传统微生物燃料电池(MFC)中的质子交换膜,可以在回收生物电的同时借助FO膜对原料液即阳极污水进行处理并提取高质量水,该技术受到广泛关注。与传统MFC相比,OsMFC在产电性能和出水水质方面均有提升。但是,FO膜的引入使得OsMFC系统反向溶质扩散和膜污染等问题十分突出,进而导致FO膜的水通量降低,OsMFC的产电和产水性能下降,限制了OsMFC的发展和应用。随着近年来材料和生物等领域的不断发展,上述问题可以通过合理的技术手段解决。从优化OsMFC性能出发,重点从反向溶质通量(RSF)控制和膜污染控制2个方面对近几年的研究进行分析和总结,主要包括通过膜材料的选择、汲取液的选择和OsMFC系统内产电对RSF进行抑制,以及通过膜污染形成机制、膜污染的技术调控、膜污染清洗、膜材料的改性和阳极微生物的筛选与培养对膜污染进行控制,并对未来OsMFC的RSF和膜污染的控制技术进行了展望。

PVA/OPD改性膜对微生物燃料电池性能的影响

为提高微生物燃料电池(MFC)的性能,以聚乙烯醇(PVA)为黏合剂,分别以磷钨酸(PWA)和邻苯二胺(OPD)为改性剂,采用溶液浸渍法制备了PVA/PWA和PVA/OPD改性膜并搭载于MFC系统,以SEM、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)、吸水率表征了膜的性能,并考察膜改性对MFC产电量和化学需氧量(COD)去除率的影响。结果显示,PVA/PWA和PVA/OPD改性膜均能在一定程度上提升MFC性能,但PVA/OPD改性膜效果更佳。PVA/OPD改性膜的吸水率为14.49%,较常规Nafion 117膜(NF)提高了126.05%。采用PVA/OPD改性膜的MFC在测试周期内的产电量为101.75 J,较采用NF时提高了587.50%;对阿莫西林制药废水的COD去除率为66.2%,较采用NF时提高了48.4%。基于PVA/OPD的膜改性方法对提高MFC的产电性能和废水处理效果有显著作用。

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。

生物膜电极在以苯酚为燃料的微生物燃料电池中的应用

以苯酚为燃料,生物膜电极为负极,Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2电极为正极,构建了双室微生物燃料电池.利用微电流驯化法和自然驯化法分别制备了生物膜电极,研究了微生物的挂膜方法、挂膜时间和负极基底材料种类对微生物燃料电池产电能力的影响.结果表明,微电流驯化法优于自然驯化法,微电流驯化法制备的生物膜电极更利于电池的产电;微生物的挂膜时间为8 d时,电池的产电能力最高,其最大输出功率密度达到39 mW/m2;不同基底材料生物膜电极所组建的微生物燃料电池产电能力高低顺序为碳毡>石墨>钛网>泡沫钛。

无膜生物阴极微生物燃料电池处理生活污水

将微生物燃料电池与传统厌氧/好氧生物处理工艺相结合,设计了一种新型的无膜生物阴极微生物燃料电池,在处理生活污水同时回收电能.研究了不同水力停留时间、不同曝气方式下系统的产电性能和污水处理效果.结果表明,系统稳定运行后,开路电压最高达0.337 V,稳定输出电压0.305 V,反应器内阻为358Ω,最大功率密度为77.6 mW/m3.在连续进水,8、12、16、24 h的停留时间下,COD去除率均达80%以上;在较高的停留时间下,氨氮去除较好.从能耗和处理效果兼顾的角度,可以采用16 h水力停留时间、45 min间歇曝气方式下运行.

单室不锈钢阳极微生物燃料电池强化反硝化的研究

采用碳布阴极,不锈钢阳极构建了以葡萄糖为唯一电子供体、硝酸盐作为电子受体管状单室微生物燃料电池（MFC）,研究MFC的COD、NO3-去除情况和强化反硝化性能。在室温下,初始COD为595 mg/L,外接电阻100、1000Ω时,该MFC去除率为62%、56%,比厌氧对照组高10%~15%,NO3-去除率为60%、58%,比厌氧对照组高10%。表明该MFC在能良好降低COD的同时,也能够很好的去除硝酸盐,并且强化了反硝化过程,是一种很高效的去除硝酸盐的方法。给我们在MFC的研究和硝酸盐的降解中提供了一个新的方向,对加深理解MFC机理,推动MFC技术发展和降解硝酸盐的水处理的应用具有理论与实际意义。

基于膜电极的质子交换膜微生物燃料电池

通过采用传统电化学燃料电池的技术和材料,以寻求提高微生物燃料电池的电流密度,制作基于膜电极的微生物燃料电池。通过构建温控压力机,制作了一系列膜电极(MEA),并对作为正极的多种碳材料进行了筛选。使用定制的玻璃微生物燃料电池来放置膜电极和培养Geobacter sulfurreducens,对产生的电流进行评价。细胞的生长以乙醇为唯一碳源,因而代表了一种新型的乙醇/氧气燃料电池。相比以前的设计,基于膜电极的微生物燃料电池的电极表面每个单位会多产生出100倍的电流,并且可以被长久使用。