人工湿地微生物燃料电池构型对低温氨氮去除性能的影响

针对人工湿地在冬季低温条件下氨氮去除率下降的问题,提出构建人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的方法来提高人工湿地低温条件下的氨氮去除性能,并考察了CW-MFC构型对低温下氨氮去除性能的影响。120 d的室外连续运行结果表明,在平均气温9.8℃运行60 d,CW-MFC比传统湿地的氨氮去除率提高9.9%。在CW-MFC中添加玻璃纤维作为分隔材料并采用双阳极结构,氨氮平均去除率可以达到81.8%。在CW-MFC产电期间,CW-MFC的容积脱氮效率与输出电压存在较好的相关关系。

石油污染土壤处理新技术——植物型微生物燃料电池的适用性

石油在炼制、储运和使用过程中对土壤造成污染,处理难度高。针对这一问题,以受石油污染的土壤为阳极底泥,构筑植物型微生物燃料电池(PMFC)。通过检测输出电压、功率密度、表观内阻和石油去除率,对电池植物和电极材料进行优选,并用优化后的PMFC探究其适用性和石油含量的范围。结果表明,绿萝在PMFC的厌氧环境中不能成活,而白鹤芋-PMFC的产电性能和降解性能均优于香菇草-PMFC;碳毡-PMFC的产电性能和降解性能较碳海绵-PMFC有明显的提升。以白鹤芋为电池植物、碳毡为电极材料的PMFC适用于石油含量为1~15 g/kg的污染土壤,并且随着石油含量的增加,PMFC的产电性能和降解性能均呈现出先升高后降低的趋势,最佳石油含量适用范围为5~10 g/kg。PMFC技术为石油污染土壤处理提供了一种新的思路,能在有效处理土壤污染问题的同时发电,实现双赢。

不同湿地植物构建植物沉积型微生物燃料电池的研究

考察了粉黛万年青、小白掌、金边富贵竹、鹅掌柴4种湿地植物构建植物沉积型微生物燃料电池(Plant-Sediment Microbial Fuel Cell,Plant-SMFC)对电池基础特性的影响。试验结果表明:粉黛万年青、小白掌、金边富贵竹均可用来构建Plant-SMFC,并能显著提高SMFC的产电性能,其中小白掌电池组产电性能最优,Pmax为14.0 mW/m2,是空白的2.5倍。鹅掌柴在电池运行过程中烂根,不适合构建Plant-SMFC。阴阳极电极电位分析表明,各电池组输出电压的差异主要在于阳极电位的变化不同,而阴极电位变化基本一致且均在后期产生了一个大的跃迁,采用LSV验证了该跃迁的原因。最后利用HPLC分析证明了根系分泌有机酸的种类及含量与产电水平成正比,其中小白掌分泌有机酸种类及含量最多,有机酸总量达1.292 mg。

微生物燃料电池反应器构型设计

近年来微生物燃料电池反应器构型设计在国内外取得突破性研究成果,介绍了微生物燃料电池工作原理,综述了微生物燃料电池反应器构型的研究进展,重点总结了双室型、单室型和材料研究等方面的最新研究成果,分析了存在的问题,在此基础上指出了微生物燃料电池反应器构型设计的重点突破方向。

可利用蓝藻产电的沉积型微生物燃料电池的构建与启动

沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种新型无膜微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。本文以产电功率为评价指标,通过研究接种污泥来源、添加甲烷菌抑制剂——氯仿的体积分数和阳极外径尺寸对系统产电的影响,构建并启动了可将有机污染物转化为电能的SMFC体系;同时探讨了所构建SMFC利用蓝藻产电的可行性。结果表明,以厌氧颗粒污泥为接种污泥,添加产甲烷菌抑制剂——氯仿体积分数为3%,阳极外径为80 mm的条件下,驯化挂膜45 d后,SMFC的产电效率趋于稳定,外电阻1 000 Ω时,最大功率密度为14.1 mW/m^2。在所构建SMFC阳极污泥中投加太湖蓝藻代替葡萄糖作为利用的底物,当蓝藻投加量为100 g时,最大功率密度为5.7 mW/m^2,该蓝藻资源化新技术具有较大的研究价值和应用空间。

rGO/Ag复合修饰电极的微生物燃料电池对五氟磺草胺的降解效果

为研究微生物电池在浓药降解方面的应用,以纳米银(rGO/Ag)复合修饰/石墨毡(graphite felt,GF)电极作为阳极,研究双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电性能及其对五氟磺草胺降解的影响。结果表明:以Desulfovibriode sulfuricans为产电菌,初始五氟磺草胺质量浓度为10mg/L时,经rGO/Ag复合修饰MFC的GF阳极后,MFC的产电性能及对五氟磺草胺的降解作用皆有所提高,其中,分别以GF电极和rGO/Ag/GF复合电极为阳极时,MFC的双电层电容量分别为1.46×10^(-3)和3.85×10^(-3)mF,电子转移阻抗分别为114和61Ω,五氟磺草胺降解率分别为53.6%和67.3%。改变初始五氟磺草胺浓度和酸碱度可以影响MFC产电性能和五氟磺草胺降解作用,初始五氟磺草胺浓度为5 mg/L时,MFC的最大功率密度和五氟磺草胺的降解率分别为136.8 mW/m^(2)和70.5%,但随着初始五氟磺草胺浓度增加,其产电性能和降解作用会受到一定程度的抑制。初始酸碱度为弱碱性和中性条件时,MFC的产电性能及降解作用较高,其功率密度和降解率分别145.5 mW/m^(2)和71.4%,研究表明,MFC可以利用五氟磺草胺作为燃料,在降解的过程中同时产生电能。研究结果可为实现五氟磺草胺高效降解的同时提高MFC产电性能提供理论依据。

微生物燃料电池构型研究进展

微生物燃料电池(MFC)是利用微生物氧化分解有机物产生电能的一种装置。反应器构型是影响MFC产电性能的关键因素之一。针对近年来MFC反应器构型的最新研究进展进行评述,并分别从双室MFC、单室MFC和MFC电池组三方面介绍了不同构型对产电性能的提升效果,提出了当前主流MFC构型设计的构建思路。指出了增加传质效率、提升产电菌的可附着面积、降低电池内阻等是构型改进的重点思路,并总结了具体方法,为高性能MFC反应器构型的构建提供参考。

矩形与双筒型微生物燃料电池产电特性比较

比较了矩形和双筒型微生物燃料电池(MFC)在电池启动、电池阻抗、阳极上附着的生物量、阳极生物膜的电化学活性、电池性能等方面的差异。双筒型MFC阳离子交换膜面积较大且电极间距较小,因此具有启动快、电池阻抗低、阳极上附着的生物量多、阳极生物膜的电化学活性高等优点,也导致了其比功率较高为(52.54±0.02)W/m3,是矩形MFC的1.33倍。

仿栅栏结构阳极的构建及其在海底沉积物型微生物燃料电池中的产电性能评价

研究了模拟实海环境下的阳极材料、阳极面积以及阳极埋置深度对海底沉积物型微生物燃料电池(Benthic microbial fuel cell,BMFC)产电性能的影响。优选出碳板为阳极材料,并基于碳板材料设计了具有栅栏状结构的阳极,将其应用于BMFC中,电池的最大输出功率可达到3.7 mW,结合升压模块将电池两端的输出电压提高到5.2 V,成功驱动了小型温湿度传感器。此外,栅栏状结构的阳极具有体积小易部署,便于构建电池单元组等优点,为BMFC在实海环境中的应用及扩大化提供了更加便利的解决方案。

MnO_2-r-GO修饰阴极对沉积型微生物燃料电池(MFC)产电性能的影响

考察了MnO2-石墨烯(r-GO)修饰阴极对沉积型微生物燃料电池(SMFC)的产电性能和体系有机质去除率的影响.实验结果表明,采用MnO2和r-GO对SMFC阴极进行复合修饰,运行稳定后,MnO2-r-GO修饰阴极体系与空白阴极体系相比,最高产电电压从65.2 mV增大到325.7 mV;最大功率密度由0.28 mW.m-2增大到17.4 mW.m-2,并且体系的内阻由1157Ω显著降低到159Ω;空白阴极体系和MnO2-r-GO修饰阴极体系的COD去除率和氨氮(NH4+-N)去除率分别由25.8%和27.3%增大到37.0%和32.7%.

植物沉积型微生物燃料电池的基础研究

以湿地植物仙羽蔓绿绒构建植物沉积型微生物燃料电池(Plant-SMFC),分别考察阳极不同驯化方式及电极材料对电池基础特性的影响。结果表明:Plant-SMFC以阳极协同驯化方式富集产电菌时,电池启动期较自然驯化方式缩短了3 d,产电水平亦明显提高,最大输出功率密度(2.84 mW/m2)为自然驯化方式的3.2倍,且该驯化方式对植物生长影响不大;活性炭纤维毡作为阳极电极材料效果优于石墨毡,电池启动期缩短了8 d,最大输出功率密度(5.78 mW/m2)提高了1倍,同时更利于植物的生长繁殖,运行60 d后收获植物干质量为2.5 g;高效液相色谱(HPLC)分析证明仙羽蔓绿绒根系分泌物中有机酸主要为顺丁烯二酸、反丁烯二酸、柠檬酸等小分子有机酸,它们均易被阳极产电菌利用以维持电池的稳定产电。

微生物燃料电池型厌氧堆肥系统处理脱水污泥

针对脱水污泥厌氧堆肥周期长的问题，构建微生物燃料电池型厌氧堆肥系统（ microbial fuel cell-anaerobic com-posting， MFC-AnC），在厌氧堆肥（ anaerobic composting， AnC）的基础上利用生物产电加速污泥降解的同时回收电能．采用电化学方法考察MFC-AnC系统运行性能，系统运行35 d，获得开路电压0．84 V，最大功率密度5．3 mW/m3，内阻80Ω．通过对MFC-AnC系统运行期间污泥理化性质的分析发现，生物产电可促进AnC系统中污泥的减容效果，脱水污泥含水率由88％降至82．3％．MFC-AnC系统中脱水污泥SCOD含量高于AnC系统，VS/TS值略低于AnC系统，说明生物产电可以促进脱水污泥水解和对可生化降解有机物的利用，加速污泥的减量．系统运行15～20d，污泥中SCOD、溶解性碳水化合物和蛋白质溶出效果最好，VS的利用率最高，生物产电加速污泥有机物利用的效果最明显．

外阻对天然水体中沉积型微生物燃料电池(SMFC)运行特性的影响

在校园浅水湖中以10、100、500、1000Ω外阻运行沉积型微生物燃料电池(Sediment microbial fuel cell,SMFC)180 d,考察了外阻对天然水体中SMFC产电性能和有机质去除率的影响.实验结果表明,运行180 d内,外阻为100Ω的SMFC体系(SMFC-100)的平均输出功率密度和有机质去除率最高,分别为3.40 mW·m-2和38%.短期运行(30 d)后,体系的内阻随着外阻增大而逐渐增大,分别为98.7、120.2、124.2、149.7Ω,但是SMFC-100体系的最大功率密度(Pmax)最高,为6.12 mW·m-2.长期运行(150 d)后,4个体系的内阻和Pmax均进一步增大,然而各体系的Pmax相差不大.

蒽醌-2，6-二磺酸钠掺杂聚吡咯修饰阴极对沉积型微生物燃料电池产电性能的影响

采用化学原位聚合法制备了蒽醌-2,6-二磺酸钠(anthraquinone-2,6-disulfonic acid disodium salt,AQDS)掺杂的聚吡咯(polypyrrole,PPy)修饰阴极.电化学交流阻抗谱(EIS)和塔菲尔(Tafel)测试发现,与空白阴极和PPy修饰阴极相比,PPy-AQDS修饰阴极的内阻更低,电极反应速率更高.在校园浅水湖中以空白阴极,PPy修饰阴极和PPy-AQDS修饰阴极运行沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC)30 d.实验结果表明,PPy-AQDS修饰阴极可以提高SMFC体系的产电能力并提高沉积物中有机质的去除效率.与空白阴极SMFC体系相比,PPy-AQDS修饰阴极SMFC体系的最大功率密度增大了3.7倍,阳极表面沉积物中烧失量(loss on ignition,LOI)和易氧化有机质(readily oxidizable organic matter,ROOM)去除率分别由5.5%和5.5%增大到14.4%和31.9%.

微生物燃料电池数学模型的建立与仿真分析

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是燃料电池中特殊的一类,它能在微生物的作用下将化学能转化为电能,实现污水处理和产电的双重效果。目前对于MFC的研究多处于实验阶段,由于MFC内部极其复杂,从实验角度准确研究其内部各种现象以及分析运行参数对MFC的影响具有相当大的难度。文章通过集成的生化反应,在Bultler-Volmer表达式以及质量/电荷平衡的基础上,在MATLAB仿真平台下建立了双室MFC系统的数学模型并对其进行仿真分析,具有极大的理论指导意义。

微生物燃料电池——新型产能及废水处理技术

从组成及结构形式上介绍了微生物燃料电池技术,对微生物燃料电池(MFC)产电及废水处理机理及影响因素进行了阐述,分析了MFC技术的用途,最后归纳了目前MFC技术发展存在的问题。

好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池组合工艺处理含氮废水的研究

考察了好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池(MFCs)组合工艺对模拟氨氮废水的处理情况,该组合工艺由好氧MFC(O-MFC)和缺氧反硝化MFC(A-MFC)组成。结果表明:连续运行时,O-MFC和A-MFC的输出功率分别为14.2 W/m3和8.8 W/m3,对COD、氨氮和TN的去除率分别为98.8%、97.4%和97.3%。随着氨氮浓度的增加,A-MFC的功率密度增大,O-MFC的功率密度下降。当氨氮浓度为100 mg·L-1时。

微生物燃料电池中生物阴极的研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。目前,使用含铂催化剂的非生物阴极较为常见,但构造和操作成本较高,容易造成催化剂污染,限制了其广泛应用。生物阴极因其成本低、无催化剂污染等优点引起了人们的广泛关注。根据最终电子受体将微生物燃料电池中的生物阴极分为需氧型生物阴极和非需氧型生物阴极两类,对于以氧为末端电子受体的需氧型生物阴极,微生物直接将电子传递给氧进行氧还原,或是以铁和锰作为电子介质将电子间接传递给氧。非需氧型生物阴极主要使用硝酸盐作为末端电子受体。为了探讨生物阴极在MFCs中应用的可行性,综述了近年来生物阴极的研究进展。

聚苯胺修饰阴极对沉积型微生物燃料电池产电性能的影响

考察了聚苯胺(PANI)修饰阴极对沉积型微生物燃料电池(SMFC)产电性能和有机质去除率的影响。衰减全反射红外光谱(ATR)表征证明修饰电极表面PANI为导电的质子掺杂状态。电化学阻抗谱(EIS)测试揭示,PANI修饰电极的欧姆内阻(R ohm)和电荷转移内阻(R ct)明显低于空白电极,且随着PANI负载量的增大逐渐减小。以PANI修饰阴极序批式运行沉积型微生物燃料电池(SMFC),可以显著提高SMFC的产电性能以及沉积物中有机质去除率。与空白阴极SMFC体系相比,PANI-110修饰阴极SMFC的最大功率密度增大了64倍,表观内阻减小了12倍,SCOD去除率由12.4%增大到40.3%。