盐度对生物阴极微生物燃料电池脱氮除碳及产电性能的影响

在不同盐度影响下,研究了生物阴极微生物燃料电池(BCMFC)的脱氮除碳及产电性能,分析了COD和NH+4-N的降解动力学以及硝化反硝化酶的活性。结果表明:盐度为10%海水比例的BCMFC性能最佳,TN去除率为86.99%,COD去除率为99%,最大输出功率为2 520 m W/m3,内阻为151Ω;当盐度达到50%海水比例时,污染物去除率下降,输出功率减少至175 m W/m3,内阻增大了约9倍。10%海水比例时的COD降解和NH+4-N的去除动力学级数均为一级,且对应的反应速率常数最大,分别是盐度为70%海水比例的2.4倍和5倍;当盐度达到50%海水比例时,硝化反硝化酶的活性受到明显抑制。

生物阴极微生物燃料电池不同阴极材料产电特性

以葡萄糖(COD初始浓度为2000mg/L,COD为化学需氧量)为阳极燃料底物,考察了碳纤维刷和柱状活性碳颗粒作为生物阴极微生物燃料电池(MFC)阴极材料的产电性能.研究结果表明,碳纤维刷MFC的启动时间比碳颗粒MFC的长,达到稳定状态后的恒负载(300Ω)电压(0.324V)比碳颗粒阴极MFC的(0.581V)低.极化分析结果表明,碳纤维刷MFC和碳颗粒MFC的最大功率密度分别为24.7W/m3(117.2A/m3)和50.3W/m3(167.2A/m3).电化学交流阻抗谱(EIS)测定结果表明,由于电极材料对微生物生长和分布状态存在不同的影响,使得碳纤维刷阴极MFC的极化内阻大于碳颗粒阴极MFC的极化内阻.

活性炭与TiO_2混合催化镍基体生物阴极微生物燃料电池性能研究

以发泡镍为基体,柱状活性炭颗粒和Ti O2粉末均匀混合后作为催化剂涂覆在电极表面。将此复合电极作为双室生物阴极型MFC的电极,研究MFC的产电性能。结果表明:在运行周期内,系统最大输出电压可达到698.1 m V,稳定在500 m V以上的高电压输出时间为18 d;单位质子膜面积上可获得最大功率密度为183.33W/m4,质子膜的使用量明显减少,从而大大降低了MFC的产电成本。同时,阳极室对原生活污水COD去除率可达到74%,而库伦效率也可达到68.9%。试验结果表明,活性炭和Ti O2混合涂覆镍基体电极对双室生物阴极型MFC产电的催化效果良好。

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。

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.

生物阴极微生物燃料电池餐饮废水处理与发电性能研究

对比研究生物阴极微生物燃料电池与一般微生物燃料电池的废水处理与同步发电能力。以学校食堂餐饮废水为微生物燃料电池的底物,首先通过实验为微生物燃料电池选择合适的电子受体;其次,在采用较适宜电子受体的同等条件下,对生物阴极微生物燃料电池与一般微生物燃料电池处理餐饮废水的COD去除率及产电电流密度进行对比。实验结果表明,生物阴极微生物燃料电池处理餐饮废水的废水处理效果和发电能力均优于一般微生物燃料电池。

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.

反硝化菌生物阴极微生物燃料电池对模拟焦化废水的处理

本实验针对生物阴极微生物燃料电池(MFC)对模拟焦化废水的处理情况进行研究.通过从焦化厂缺氧池活性污泥中筛选出具有良好反硝化性能的反硝化菌群作为生物阴极,构建MFC处理模拟焦化废水,以电压、功率密度、COD和废水中代表性有机污染物苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等为考察指标.结果表明,生物阴极MFC运行稳定,具有良好的产电性能,输出电压可达495mV,功率密度最高达29.23mW·m-2,COD去除率为70%;苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等焦化废水中代表性有机污染物均有所去除,苯酚的去除率达到61%,吡啶、喹啉与吲哚等去除率也达到30%左右,反硝化菌生物阴极MFC对模拟焦化废水具有良好的处理效果.

连续流生物阴极微生物燃料电池废水处理与产电性能

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物的新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置。实验以石墨为电极材料,乙酸钠模拟废水为阳极底物,以厌氧活性污泥为厌氧菌种,驯化后的好氧污泥为好氧菌种,构建了双室连续流生物阴极MFC反应器。研究了连续流生物阴极MFC在降解乙酸钠废水同时的产电性能。结果表明,在外电阻为50Ω的情况下,未加NaCl溶液时,连续流好氧生物阴极MFC的最大电流密度为0.29 mA/m2,加入NaCl溶液后,最大电流密度为0.75 mA/m2,是未添加NaCl溶液MFC的2.59倍,输出功率密度是未加NaCl溶液的6.84倍。阳极室出水进入阴极室,研究了连续流好氧生物阴极废水处理效果。结果表明,COD的去除率随MFC运行时间的增加呈上升趋势,MFC稳定运行后,COD的去除率维持在60.1%～66%。

微氧生物阴极微生物燃料电池脱氮的研究

研究构建生物阴极双室微生物燃料电池,阴极保持微氧条件,实现短程硝化反硝化进行生物脱氮。实验在25℃下进行,以乙酸钠为碳源,氯化铵为氮源。实验发现,在微氧条件下可实现短程硝化反硝化并且脱氮效果较好。总氮去除率达到87.32%,最大稳定电压达0.47V左右。通过对反应污泥进行高通量测序发现,微生物群落中亚硝化菌属Nitrosomonas在短程硝化反硝化中得到了有效的富集,反硝化菌属Thauera有利于生物反硝化脱氮。

过硫酸盐阴极型微生物脱盐燃料电池降解茜素黄R

茜素黄R(AYR)是一种广泛使用的阴离子偶氮类染料,长期存在于水环境中的AYR对生态系统和人类健康存在潜在威胁.本研究在构建了一种过硫酸盐阴极型微生物脱盐燃料电池(MDCs)的基础上,系统研究了过硫酸盐阴极型MDCs降解AYR的动力学及机理.分别探究了阴极初始pH值、过硫酸盐(PDS)投加量、共存阴离子和有机物等环境因素对AYR降解动力学的影响,同时分析了AYR的降解产物与降解机理.结果表明,与单独MDCs和单独PDS相比,过硫酸盐阴极型MDCs能够快速高效地降解AYR,AYR的降解过程符合拟一级反应动力学模型.在pH=3和PDS投加量为1 mmol·L^(−1)时,AYR的降解速率常数(Kobs)最高;共存的阴离子对AYR的降解存在不同程度的促进或抑制效果;有机物腐殖酸及牛血清蛋白均抑制AYR的氧化降解.反应120 min后,阴极反应液的TOC得到部分去除,AYR的主要降解机理包括偶氮键断裂、脱羧、苯环断裂及脱氮等多步反应.

微生物燃料电池工作原理及产电性能提升策略

微生物燃料电池(MFC)是一种解决其他能源在环境方面不足的新技术,目前低能量输出是MFC实际应用的关键瓶颈。基于MFC工作原理,提出微生物活性差、电子迁移阻力、质子传输阻力及阴极还原反应缓慢是MFC能量输出的限制因素,并从以下5个方面综述了提升MFC产电性能策略:调节pH和选择最佳盐度,加强微生物代谢活性;改性阳极材料,降低电子迁移阻力;增强电解液电导率、优化隔膜材料及缩短电极间距减小质子传输阻力;制备高效阴极催化剂和选择优异电子受体加快阴极还原反应速率;改进MFC反应器构型,提高整体产电性能。未来,可在合成新型阴极催化剂、降低膜污染、优化微生物生长环境、制备优异的电极材料和改进MFC反应器配置5个方面开展重点研究。

高效单原子催化剂Ce&Co/CN改性微生物燃料电池阴极用于实际废水处理

采用煅烧法由尿素、金属盐制备出双金属掺杂Ce&Co/g-C_(3)N_(4)单原子催化剂。用PVDF粘结到铜片载体上形成电极,以此电极构建耦合生物产电和电催化的微生物燃料电池及二级串联连续处理含盐有机胺废水的体系。结果表明,在此微生物燃料电池体系中(阴极光照、单级水力停留时间8 h),经两级反应器处理后,COD总去除率为95.1%,TN总去除率为85.8%。计算得出催化剂COD去除能力是53.46 kg/(kg·d)。

FeS_(2)/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。

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。

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。

海泥孔隙率对海底微生物燃料电池电化学性能影响及有机质扩散分析

海底沉积物微生物燃料电池(MSMFC)在长期运行过程中,海泥孔隙率影响阳极表面水平方向有机质扩散,进而影响阳极电化学性能和电池功率输出.通过人工调节孔隙率在实验室模拟并研究孔隙率对MSMFC的影响,建立孔隙率与MSMFC产电量和水平扩散系数之间定量关系式.结果表明:随着孔隙率升高,阳极动力学活性先降低后升高,最高动力学活性是最低动力学活性的3.85倍;电池最大输出功率密度在孔隙率为45.2%时,达到最大值206.8 mW/m^(2).随着孔隙率的增大,有机质水平扩散系数升高,并与MSMFC产电量存在线性关系.当孔隙率为45.2%时,扩散系数为0.48 m^(2)/s,MSMFC产电量达到804.04 J.该研究结果将为MSMFC在不同海域布放选址、阳极结构设计及电池长期产电运行提供技术支撑.

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。