空气阴极微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究

采用空气阴极微生物燃料电池,处理主要成分为葡萄糖、乙酸钠、蛋白胨和可溶性淀粉的模拟生活污水,探讨MFC处理模拟生活污水的特性。文章探讨了模拟污水不同浓度对产电的影响,结果表明不同的基质浓度对产电效率影响不是非常显著,MFC最大输出功率为23.67 mW·m-2,COD最大去除率为88%。以不完全复合碳源和单一碳源为基质,探讨了接种混合菌的MFC对基质的选择性。试验结果表明乙酸钠、葡萄糖对接种混合菌的MFC产电不利,MFC处理复杂有机碳源(蛋白胨、淀粉)的产电效率优于处理简单分子有机碳源(葡萄糖、乙酸钠)。试验讨论了硼砂缓冲液对产电的影响,50 mmol·L-1的硼砂缓冲液输出功率密度最大,最大功率为19.77 mW·m-2,COD最大处理率为72%。与投加PBS缓冲液相比,硼砂缓冲液调节阳极电解液效果不佳,硼砂缓冲液出水pH为7.73,且在产电密度方面有微小的下降,但在同等基质浓度的生活污水时电池的库仑效率提高约2倍。

空气阴极微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物做催化剂,处理废水的同时能产电的新型污水处理技术,因其"变废为宝"的能力而得到快速的发展。其中,以空气做阴极的单室MFC,因其省却了不断添加阴极液的过程、提高功率输出的同时降低成本而受到越来越多的关注。单室MFC装置可以分为管状、立方体状和短臂型结构,空气阴极的结构组成包括膜、催化层、集电材料、基层和扩散层。膜和催化层通常用热压法进行结合。目前报道的研究结果表明,有扩散层时获得的功率密度更高。已研究的扩散层的粘结剂有PTEF、PDMS、EF以及Nafion。选择合适的构型、催化剂以及扩散层的层数和粘结剂对改善电池产电性能极为重要。如何将多个装置串联以扩大废水处理量、提高功率密度的同时提高电子回收率是需要进一步解决的问题。

活性炭空气阴极微生物燃料电池的放大和串并联组合研究

采用体积分别为28 mL(mL-MFC)和4.5 L(L-MFC)的单室空气阴极微生物燃料电池,考察了扩大化对活性炭空气阴极性能的影响。mL-MFC的最大功率密度为30 W/m3(1 200 mW/m2),L-MFC的最大功率密度为7.3 W/m3(435 mW/m2),扩大化后活性炭空气阴极性能下降是致使L-MFC功率降低的主要原因。电化学阻抗(EIS)分析表明,L-MFC中阴极性能下降主要是由于工作水压增大,导致了阴极扩散电阻增大和氧气还原速率降低。通过串联或并联方式组合L-MFC,可明显提高电池的输出电压或电流;串并联组合后电池的功率密度有所下降,主要由电池连接时的接触电阻引起。

单室空气阴极微生物燃料电池性能

以石墨毡为阳极、Pt/C为阴极、葡萄糖模拟废水为基质构建了一个单室空气阴极微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC),研究了电池内流体、不同葡萄糖底物质量浓度等条件对电池产电性能及污水处理效果的影响.研究结果表明:水流流量为15 mL/min、葡萄糖底物的质量浓度为1.0 g/L时,电池的最大功率为85.9 mW/m2,ACMFC运行48 h,对模拟废水的COD去除率可达81.6%.

空气阴极微生物燃料电池处理垃圾渗滤液

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物做催化剂，处理废水的同时能产电的新型污水处理技术，因其“变废为宝”的能力而得到快速的发展。其中，以空气做阴极的单室MFC，因其省却了不断添加阴极液的过程、提高功率输出的同时降低成本而受到越来越多的关注。垃圾渗滤液中含有高浓度的COD和氨氮，可生化陛差、生物处理难度大。为了寻找高效经济的渗滤液处理技术，本项目通过构建单室微生物燃料电池，分析垃圾渗滤液在MFC中的处理效果及产电性能，结果表明，当以PTEF为扩散层时，最高输出电压2．005V，最高功率密度为3．2W·Ill。，均高于PDMS扩散层；以PTEF为扩散层制作空气阴极对垃圾渗滤液中的COD和氨氮进行处理，去除率分别为90％和78％，运行12～16d最优。

基于空气阴极微生物燃料电池对孔雀石绿模拟废水的处理及同步产能的研究

孔雀石绿(MG)主要应用于纺织业着色和作为海鲜工业,具有成分复杂、色度高、难降解等特点。本研究分析了空气阴极微生物燃料电池(ACMFC)对MG的高效生物脱色,探索了ACMFC同时用于含不同浓度MG废水的去除和生物发电。结果显示,ACMFC用于处理含MG模拟废水的最大功率密度可达421.34m W/m^(2),对废水中的孔雀石绿染料的48h内去除率可达77%。综上所述,ACMFC可以有效降解废水中的MG,具有较好的应用潜力。但是,在实验的后期发现染料对ACMFC系统的产电性能存在一定的抑制作用,尚需进行进一步研究。

碳粉催化剂镍基体空气阴极微生物燃料电池特性研究

试验以泡沫镍材料作为空气阴极MFC的电极材料，并利用碳粉作为催化剂，在1．24A／m2的电流密度下获得了214mW／m2的最大功率密度输出。电位分析结果表明，阴极开路电位为＋12mV，阳极开路电位为-466mV。采用改变外阻的调节方式，获得了18．6％～57．8％的库伦效率。试验结果表明，碳粉可以作为催化剂材料在泡沫镍基体空气阴极MFC系统中使用。

空气阴极微生物燃料电池处理模拟酸性矿井水的研究

酸性矿井水因pH值低、重金属离子含量高,难以直接采用硫酸盐还原菌生化处理.试验构建了空气阴极微生物燃料电池系统来处理酸性矿井水,有效处理废水H+和重金属离子,同时还能产电.构建的空气阴极微生物燃料电池系统(污泥量40mL,硫酸盐还原菌30mL,阳极材料为碳布,室温)的最大功率密度达到82.24mW/m2,最大电压为332.2mV;硫酸根的最大去除率达到41.6,对Zn2+、Cu2+、Cd2+和Fe2+的去除率分别达到83.7%、77.4%、84.2%和66.8%,化学需氧量的最大去除率达到60.9%.分析认为,空气阴极微生物燃料电池有效处理废水H+,弱化了H2S的生物抑制作用,强化了硫酸盐还原菌还原产生的S2-与重金属离子生成硫化物,并经能谱分析加以验证.

不同分隔物对空气阴极微生物燃料电池阳极微生物菌群结构影响评价

利用高通量454焦磷酸测序手段研究了分别以Nafion 117质子交换膜与聚醚砜(PES)微滤膜为分隔物的空气阴极MFCs长期运行时阳极表面生物膜的微生物群落结构差异。结果显示,两套反应器阳极上相对丰度最高的细菌分别为属于除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)的AKYG597_norank与地杆菌属(Geobacter),各占到总体的77.4%与36.4%。利用PES微滤膜作为分隔物的MFCs氧扩散率增加,因此阳极生物膜中根瘤菌(Rhizobium)、黄色杆菌(Xanthobacter)及不动杆菌(Acinetobacter)等需氧、兼性厌氧细菌丰度得到了提升;同时,由于PES微滤膜的电阻率更低,使MFC获得了更高的能量产出。

单室空气阴极微生物燃料电池处理模拟生活废水同步产电研究

以某生活污水处理站厌氧池活性污泥为混合菌种,以葡萄糖为模拟生活废水,构建单室微生物燃料电池。利用微生物燃料电池实验生活废水降解与同步产电。实验结果表明:当葡萄糖浓度控制10mmol·L-1,pH值为7,温度控制在35℃时,其输出电压最大为0.486V,COD去除率最高为46.11%。微生物燃料电池(MFC)具有最佳的电化学性能。

泡沫镍空气阴极微生物燃料电池的产电特性

研究了泡沫镍阴极的制备和对单室微生物燃料电池产电性能的影响。研究发现,当阴极PTFE扩散层超过4+1层时,MFC的功率密度随扩散层数增加而逐渐下降;当阴极扩散层为五层(4+1层)时,微生物燃料电池最大功率密度最大,达到31.3 W/m3,电池的库仑效率为25%;当使用7+1层PTFE扩散层时,电池功率下降到25.6 W/m3;泡沫镍阴极厚度对阴极性能影响不大;研究发现,滚压后再涂一层扩散层能够抑制泡沫镍阴极的长期运行的析盐。

过渡金属掺杂的低Pt空气阴极微生物燃料电池的研究

本文重点研究了过渡元素Co、Fe与Pt掺杂作为阴极催化剂时对阴极催化及全电池性能的影响。采用电化学工作站进行Pt/Co催化剂的电化学研究,在进行Pt/Co催化剂电化学分析时,得到电极上氧还原线性循环伏安描苗峰电流ip和扫描速率之间呈线性关系,表明氧在电极上的电还原是受表面控制的。测得电池的内阻约为1800Ω;当电压为88mV时,最大功率密度为588mW/m^2。

空气阴极微生物燃料电池处理垃圾渗滤液

随着国家的快速发展,在市政污水处理技术上也有很大的革新。与传统的污水处理技术相比,利用微生物燃料电池处理垃圾渗透液与"清洁生产"的需求完全一致,通过研究这一技术的理论基础和实用性能,可以使我国污水处理技术达到新的高度。文章对空气阴极微生物燃料电池处理垃圾渗滤液实验进行了具体研究。

铁碳布空气阴极微生物燃料电池的产电性能

使用铁代替铂作为阴极催化剂,制作含铁碳布空气阴极并构建单室MFC(Fe-C-ACMFC)。以乙酸钠为燃料,通过稳态放电法和循环伏安测试等测试手段,分析了不同铁含量对Fe-C-ACMFC产电性能的影响以及性能最优Fe-C-ACM-FC的连续运行稳定性。结果表明,随着铁含量的增加,Fe-C-ACMFC启动期开路电压(OCV)逐步提高,达到峰值后,随着铁含量的增加而降低;同样,Fe-C-ACMFC极化性能和功率密度等产电性能也随铁含量的增加先升高再降低;当铁含量为0.7 mg/cm2时,MFC的产电性能最优,最大开路电压为593 mV,表观内阻为89Ω,最大功率密度达到12 907 mW/m3,并且经循环伏安测试,电池放电容量几乎没有变化,表明Fe-C-ACMFC的性能比较稳定,能够长期运行。由于铁催化剂价格远远低于铂催化剂,因此,铁碳布空气阴极MFC更利于推广应用。

微生物燃料电池MnO_2/S-AC泡沫镍空气阴极的制备及其性能

利用超级电容器活性炭(S-AC)直接还原KMnO4制备出复合比例分别为1:3、1:1和3:1的MnO2/S-AC复合催化剂,进而负载于泡沫镍上制得MnO2/S-AC泡沫镍空气阴极。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射X射线谱(EDX)和比表面积(BET)及孔分布测试对所制复合催化剂表征可知,随复合比例的增加,在S-AC表面的MnO2由纳米薄片聚集成粒径为300~500nm的颗粒,MnO2/S-AC的内部及外部表面积都有所减少。基于线性扫描伏安曲线、功率密度曲线和极化曲线分析微生物燃料电池(MFC)的阴极性能和产电性能。复合比例为1:3时,MFC最大功率密度达到321.2mW·m-2,比阴极负载S-AC时提高了约20%,这与其较高的比表面积和MnO2良好的催化活性相关。MnO2/S-AC复合催化剂控制在一定的质量比时,可以有效提高阴极性能及MFC的产电效果,有助于空气阴极MFC的的放大和工程应用。

微生物燃料电池空气阴极的研究进展

微生物燃料电池作为一种新兴的可再生能源利用技术,可以实现在对污水净化处理的同时产生电能。其中,以空气中的氧气作为阴极电子受体的空气阴极微生物燃料电池是目前极具规模化应用潜质的一种。国内外学者对于空气阴极催化剂的优化和材料的优选等方向都展开了深入而广泛的探究。通过大量的实验研究,空气阴极的性能及成本控制都有较大的提升。从构型、催化剂、集电体、粘结剂、扩散层材料等方面介绍了近年来空气阴极MFC的研究进展,并且提出了空气阴极微生物燃料电池日后的发展方向。

厌氧流化床微生物燃料电池空气阴极研究

流化床微生物燃料电池(AFBMFC)的阴极导电性和催化剂性能是影响微生物燃料电池产电性能的重要因素。本文首先在阴极负载少量银研究其对AFBMFC产电性能的影响。其次,制备四种铂钴合金催化剂,考察了催化剂对AFBMFC产电性能的影响。研究表明,阴极碳基层负载少量的银可以显著改善AFBMFC的产电性能,银负载量为0.7 mg.cm-2时AFBMFC最大输出电压和输出功率密度分别为纯碳基层阴极的154%和330%。600℃比950℃制备的PtCo合金催化剂有较好的催化性能,在保证催化剂总量不变的情况下,铂用量为原来的50%,AFBMFC产电性能仍有较大幅度的提高。

基于空气阴极的微生物燃料电池处理含铬(Ⅵ)废水

本文构造碳布阳极、光谱纯(SPG)石墨板阴极的双室微生物燃料电池(MFC),向阴极曝气建立空气阴极体系,在此基础上考察其对含铬(Ⅵ)废水的去除效率及其产电性能。结果表明,铬(Ⅵ)初始浓度一定时,铬(Ⅵ)的去除效率和电池的最大输出功率都随着pH值的降低而升高,在pH=2时获得最佳的处理效果和产电性能,初始浓度为50mg/L的铬(Ⅵ)经过50h的处理后,去除率达到100%,同时获得的最大功率密度达568.43mW/m2;保持最佳的pH条件(pH=2),铬(Ⅵ)的初始浓度由10mg/L增加到100mg/L时,铬(Ⅵ)转化去除所需要的时间由10h上升到90h,最大功率密度也由156.06mW/m2增加到705.33mW/m2;通过氮气阴极与空气阴极的对比,空气阴极不仅能加快铬(Ⅵ)的去除效率(提高约20%)而且能增大系统的最大功率密度,从而提高MFC的产电性能。

短臂型空气阴极微生物燃料电池产电特性研究

用夹子将质子交换膜和载铂量为0.2 mg/cm^2碳纸固定在阳极室的短臂端口构成短臂型空气阴极微生物燃料电池.利用污泥电池从厌氧消化污泥中富集产电菌于石墨棒表面,循环伏安法检测发现这些微生物具有电化学活性.将富集好的石墨棒作为阳极用于短臂型空气阴极微生物燃料电池,以醋酸钠为底物时该电池的最大功率密度为738 mW/m^2,内阻为280Ω,开路电压为741 mV.连续向阳极室通氮气和去掉质子交换膜可分别将电池的最大功率密度提高到745 mW/m^2和759 mW/m^2,当两者同时作用时最大功率密度可达到922 mW/m^2,而这3种条件下电池的内阻仍保持在280Ω左右.当底物浓度在12.62～100.96 mg/L、外电阻为510Ω时,电池的最大输出电压和底物浓度之间存在明显的线性关系（R^2=0.99）.当底物浓度高于100.96 mg/L时,电池的最大输出电压不再增大并保持在302 mV（外电阻为510Ω）.然而,电池的库仑效率则随着底物浓度的提高而提高,从31.83%逐渐增大到45.03%.

微生物燃料电池空气阴极和扩大化的研究进展

分别从空气阴极材料和阴极构造的角度对空气阴极微生物燃料电池的研究进展进行了综述,并讨论了扩大化MFC的研究进展。