微生物电解池产氢及应用初步探讨
微生物电解池(第9章)讲解学习
基于氢气的总回收物质的量与理论值之比，产氢效率为：
rCat
nH 2 nCE
整体氢气回收率最大为rH2 =l mol/mol，而对于葡萄糖，氢气产率最大值为 YH2= 0.126 gH2/gCOD。
能量回收
氢气作为能源的优点
• 优点一 质量最轻的元素。
• 优点二 导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数 高10倍。 • 优点三 自然界中存在的最普遍的元素。
产氢速率
特点一
氢的主要来源是 水，以水裂解制 氢应是当代高技 术的主攻方向。
产氢速率研究
特点二
电解是一种制备 高纯氢气的传统 方法，制得的氢 气的纯度可达 99.9%，但是此工 艺只适用于水力 资源丰富的地区 ，并且耗电量较 大。
特点三
在MEC中，人 们已经成功地实 现了由纤维素、 葡萄糖、乙酸、 丙酸、丁酸、乳 酸以及戊酸生产 氢气。
YH 2
n M H 2 H 2 VLCS
产氢速率 计算题
葡萄糖细菌发酵最多生成4 molH2/mol葡萄糖。(a)将这个结果与MEC系统 最大摩尔产氢量对比。(b)将此结果转化为30℃下的体积产量。
(a)为了计算摩尔产量，首先把葡萄糖在厌氧条件下生成CO2的化学方程式配平： C6 H12 O6+ 6H2O→6CO2+12H2 这样，氧化1 mol葡萄糖转移24 mol的电子，生成12 mol的氢气。质量产率如下：
产氢速率 产氢转化过程总结
氢气回收率
计算方法
最大产氢物 质的量
阴极氢回收 率
整体氢回收 率
氢气回收率
最大产氢物质的量
氢气产率代表了基于COD去除的氢气产量，氢气回收率则以更细致的分 析指标表征了系统性能。例如针对特定的底物，氢气的摩尔产量nth为：
微生物发酵工程的应用深层探究
茶叶科学 2012 ， 32 （ 4 ） ： 325~330 Journal of Tea Science
投稿平台：
不同种类微生物对普洱茶发酵过程的影响
付秀娟
1,2
，宋文军
1,2*
，徐咏全 3 ，李长文
3
1. 天津市食品生物技术重点实验室，天津 300134 ； 2. 天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134 ； 3. 云南天士力帝泊洱生物茶集团有限公司，云南 普洱 665000
Abstract: In order to explain the effects and mechanisms of microorganisms on the fermentative process of Pu-erh tea, For the purpose of providing the theory and data support for industrialized fermentation of Pu-erh tea, the monoxenie fermentation under individual microorganism and mixed fermentation experiments of Pu-erh tea were carried out. The experiments discovered the effects of different microorganisms by tracing the influences of different strains to sense quality and physics and chemistry index in the fermentative process of Pu-erh tea. The results showed that in the fermentative process of Pu-erh tea, the color of tea became to hepatic from green, the bitter sense of tea soup taperred, the tea soup was red and bright. The contents of tea polyphenol and water extract were decreased, while the contents of theabrownin and caffeine were increased. Furthermore, the influence of fungi to these components was largest, yeast was less than fungi, bacteria was least. Mixed fermentation tea possessed ripe tea quality when fermented 20 d. Forementioned results proved that fermenting Pu-erh tea with reasonable matching can not only shorten fermentative time, but also preferably control and benchmarking the fermentative trend and result of Pu-erh tea. Keywords: Pu-erh tea, orientation fermentation, fungi, yeast, bacteria
污水处理中的微生物电解技术
好氧微生物电解技术
在好氧条件下，利用好氧微生物将有机物转化为电能和氢气 。
微生物电解技术的应用领域
污水处理
01
利用微生物电解技术处理有机废水，实现废水的资源化利用和
能源回收。
有机废弃物处理
02
利用微生物电解技术处理有机废弃物，如农业废弃物、城市垃
圾等，实现废弃物的资源化利用和能源回收。
生物能源生产
详细描述
通过微生物电解技术对城市污水进行深度处理，可以进一步降低污染物含量，使出水水 质达到排放标准或回用标准，减少对自然水体的污染，同时也有助于实现城市水资源的
可持续利用。
05
微生物电解技术在污水处理中的 研究进展
新材料与新技术的应用研究
新型电极材料
研究具有高电化学活性和稳定性 的新型电极材料，以提高微生物 电解反应的效率和产物的品质。
反应器材料的选择
选择耐腐蚀、导电性能良好的材料作为电极和反应器材料。
微生物电解反应器的运行与维护
运行条件控制
控制适当的温度、pH值、溶解氧等运行条件，以 维持微生物的正常代谢活动。
微生物膜的管理
定期清洗或更换生物膜，保持电极表面的清洁和 活性。
产物分离与处理
对电解反应产生的气体或沉淀物进行分离和处理 ，以避免对环境造成二次污染。
对于某些难降解的有机物和重金属离子，微 生物电解技术的处理效果可能不佳。
微生物电解技术的发展方向
优化微生物电解装置
通过改进装置的设计，提高处理效率 ，降低能耗。
研究微生物电化学机制
深入了解微生物的电化学性质，为技 术的改进提供理论支持。
拓展应用领域
将微生物电解技术应用于更多类型的 污水，拓展其应用范围。
微生物制氢的原理和应用
微生物制氢的原理和应用1. 引言微生物制氢是一种新型的可再生能源技术，通过利用特定微生物的代谢产物来产生氢气。
这种技术在能源转型和环境保护方面具有重要意义。
2. 微生物制氢的原理微生物制氢的原理是利用特定菌种的发酵作用，将有机物质转化为氢气和二氧化碳。
具体原理如下：•酶催化反应：微生物中特定酶的催化作用是实现微生物制氢的关键。
这些酶能够将有机物质中的水分子解离，产生氢气和电子。
•发酵过程：微生物在适宜的条件下进行发酵，将有机物质通过酶催化反应转化为氢气和二氧化碳。
发酵过程中产生的氢气可以通过收集和储存供人们使用。
3. 微生物制氢的应用微生物制氢技术在能源和环境领域有着广泛的应用前景。
以下是一些主要的应用领域：3.1 能源领域微生物制氢技术在能源领域的应用主要包括以下几个方面：•可再生能源：微生物制氢是一种可再生能源技术，能够通过利用有机废弃物等资源，产生清洁高效的能源。
这对于解决能源短缺和减少对化石燃料的依赖具有重要意义。
•氢燃料电池：微生物制氢产生的氢气可以作为氢燃料电池的供气源。
氢燃料电池具有高效、零排放的特点，是未来可持续发展的能源解决方案之一。
3.2 环境保护领域微生物制氢技术在环境保护领域的应用主要有以下几个方面：•资源回收利用：微生物制氢技术可以将有机废弃物转化为有价值的氢气资源，实现资源的回收利用，降低对自然资源的压力。
•减少污染物排放：微生物制氢过程中产生的二氧化碳可以被吸收和利用，从而减少二氧化碳等温室气体的排放，减轻对大气环境的污染。
3.3 生物工程领域微生物制氢技术在生物工程领域的应用主要包括以下几个方面：•菌种改良：生物工程技术可以通过改良微生物菌种的基因，提高其产氢能力和稳定性，从而提高微生物制氢技术的效率和可行性。
•产氢工艺优化：生物工程技术可以通过优化微生物制氢的发酵过程、调节菌种的生长环境等方式，提高产氢效率和减少不良产物的产生。
4. 发展与挑战微生物制氢技术在研究和应用过程中还面临一些挑战和问题：•菌种选择：发展微生物制氢技术需要选择适合的菌种，具有高效的氢气产生能力和稳定性。
微生物电解池原理及其在废水处理中的研究进展
微生物电解池原理及其在废水处理中的研究进展高凯拓;华立锋;陶丽杰;顾国平;朱铭;顾亚萍;徐向阳【摘要】微生物电解池是一种利用电极表面的氧化还原反应,通过电极与微生物间电子强化微生物代谢的技术.这项创新技术逐渐被国内外研究者们所关注,并被用于废水处理及高效产氢方向.本论文主要论述了微生物电解池电极微生物及电子传递机理以及其在废水处理领域的研究进展,并展望了其在该领域的发展方向.【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2016(030)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】微生物电解池;原理;废水处理;研究进展【作者】高凯拓;华立锋;陶丽杰;顾国平;朱铭;顾亚萍;徐向阳【作者单位】中国联合工程公司,浙江杭州310052;浙江大学,浙江杭州310058;中国联合工程公司,浙江杭州310052;中国联合工程公司,浙江杭州310052;浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江绍兴311800;中国联合工程公司,浙江杭州310052;中国联合工程公司,浙江杭州310052;浙江大学,浙江杭州310058【正文语种】中文【中图分类】X703生物电化学系统（Bioelectrochemical system，BES）最早起源于Potter （1911）发现大肠杆菌代谢产生电流，但在此后的一个多世纪里因产电效能低而不被人们所关注。
近几十年来，能源短缺问题日益加剧，环境污染问题凸显，在这样的背景下生物电化学系统在研究领域重获生机，相关报道的研究文献数量呈爆发型增长。
根据外电路是否外加直流电源，一般可将生物电化学系统分为微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）和微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC），。
此外在工业生产领域，微生物脱盐池（Microbial De-salination Cell，MDS）以及微生物电合成（Microbial Electrosynthesis，MES）也逐渐被研究者关注。
生物电解制氢技术
生物电解制氢技术随着全球能源危机的日益加重，传统石油、煤炭等化石能源的迅速枯竭，人类对清洁、可再生能源的需求也日益增加。
其中，氢能作为一种非常理想的清洁能源备受关注，并逐渐成为国际上发展清洁能源的重点之一。
而生物电解制氢技术作为一种新兴的制氢技术，其在氢能领域中的应用前景备受关注，下面让我们一起来了解一下。
一. 生物电解制氢技术生物电解制氢技术是利用微生物的代谢特性，实现水分子的分解，从而产生氢气的一种新型制氢技术。
具体来说，该技术是将一些特殊菌群放置在电极表面，当这些菌群遇到电子时，就会发生代谢反应，将水分解为氢气和氧气。
这种技术的最大特点就在于利用了微生物的生命特性，将其转化为能量储存单位之一，实现了总和反应的可逆性。
二. 技术的优势相比其他制氢技术，生物电解制氢技术具有明显的优势。
首先，该技术产生的氢气是极为纯净的，可以避免环境污染。
其次，生物电解制氢具有很高的能量利用效率，比如纯种光合作用微生物产氢气的能量转化利用率高达22%左右，比其他制氢技术的效率要高很多。
此外，在生产压力方面，生物电解制氢技术也具有很大的优势，它可以在常压下进行制氢反应，从而实现低成本制氢。
三. 技术的应用前景生物电解制氢技术因其优越的性能，已经在很多领域得到了应用。
目前，该技术主要应用于氢能、环保、能源等领域，可以广泛应用于氢能源供应等领域。
同时，生物电解制氢技术还可以发挥很好的环保作用，可广泛应用于废水处理、环境污染防治领域。
在能源领域，生物制氢技术还可以用于生产燃料电池，将其与燃料电池相结合发电，这样可以得到更加高效的能源利用效果。
四. 技术的发展现状尽管生物电解制氢技术已经在实验室阶段取得了很多进展，但目前该技术在实际应用中仍然存在技术难题。
例如，如何扩大生产规模、如何提高产气率和使用寿命等问题亟待解决。
同时，生物电解制氢技术在高纯氢气的生产方面仍然需要更多研究。
在这方面，我国相关领域的科学家和技术专家正在积极地进行研究探索，希望能通过技术创新，解决当前生物电解制氢技术面临的难题。
环境工程微生物燃料电池的原理、影响因素及应用
环境工程微生物燃料电池的原理、影响因素及应用研究背景随着水环境污染问题日趋严重，研发高效、绿色、低成本的水处理技术具有重要意义。
微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)可以利用微生物为催化剂降解水中污染物，同时实现输出电能和废物资源化的功能。
近年来，国内外对MFC的关注逐年增长，且研究最多的国家为中国、美国和印度。
在MFC构型、阴阳极材料、处理难降解污染物等方面进行了大量研究，并衍生出其他新技术，例如微生物电解池、微生物脱盐池、微生物反向电渗析电解池等，使得反应器在产电的同时，实现污水处理、清洁能源生产、脱氮脱硝、化学品合成等，使MFC具有了独特的技术及功能优势，显现出广阔的应用前景。
但是目前国内对MFC的影响因素和应用研究进展的综述较少。
基于此，本文从MFC原理开始，阐述MFC的工作条件，并分析了MFC影响因素，包括电池构型、底物种类、电极材料和阳极微生物。
此外，综述了近些年的MFC应用进展，具体包括污水处理、MFC与其他技术耦合以及MFC生物传感器。
并对MFC今后的发展进行展望，以期为未来的研究工作提供参考。
一摘要微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)可用的原料广泛，其广泛应用为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。
介绍了MFC的原理，并结合其发展趋势阐述了MFC影响因素，具体包括电池构型、底物种类、电极材料和阳极微生物。
此外，综述了近些年的MFC应用进展，具体涵盖污水处理、MFC与其他技术耦合以及MFC生物传感器等领域。
最后展望了MFC发展的主要方向，包括对传统交换膜进行改造，或寻求膜替代材料；开发具有低电阻、抗腐蚀、高孔隙率以及高比表面积的新型阳极材料；加强MFC与其他技术耦合以及改善MFC传感器响应时间和灵敏度等措施。
可为今后MFC 技术的研究和应用提供参考。
二 MFC原理MFC经典的双室结构如图1所示，由阳极室、离子交换膜和阴极室组成。
水处理技术中电解法对微生物的杀菌机理研究
水处理技术中电解法对微生物的杀菌机理研究电解法是水处理技术中一种常见的杀菌方法。
它利用电解池中的电场和化学反应来消除水中的微生物。
电解法的杀菌机理主要包括直接电解、电解产生氧化还原反应和电解生成活性氧三个方面。
直接电解是指电解法中直接通过电解池的电场作用产生的电流，通过电解的方式破坏微生物的细胞膜结构，从而达到杀菌的目的。
当电流通过水中的微生物时，会产生电导效应，导致微生物细胞内外的电位差增大，细胞膜的脂质双层被电解致破坏，细胞的正常功能受到破坏，最终导致微生物死亡。
电解产生氧化还原反应是指电解法中电解池中的阴极和阳极的电化学反应产生的氧化还原物质，对微生物起到杀菌作用。
阳极处的氧化反应产生的氧气和氯气具有一定的杀菌活性。
氯气能够进入微生物细胞内部，破坏微生物细胞膜上的脂质结构，进而导致微生物死亡。
氧气也能够通过产生过氧化物和活性氧离子等方式引起微生物细胞的氧化反应，使微生物蛋白质、核酸和细胞膜受到氧化破坏。
电解生成活性氧是指电解法中电解产生的活性氧分子对微生物起到杀菌作用。
活性氧可以通过电解水产生过氧化氢、臭氧和超氧阴离子等形式存在。
这些活性氧分子能够进入微生物细胞内部，进行氧化反应，破坏微生物细胞内的生物大分子结构，从而抑制微生物的正常代谢，并导致微生物的死亡。
电解法对微生物的杀菌机理的研究主要集中在研究电解对微生物细胞膜的作用以及电解产生氧化还原反应和活性氧在微生物杀菌过程中的作用。
近年来，随着电化学技术的不断发展，研究者们利用现代电化学中的纳米材料和电极材料，对电解法进行了深入研究。
研究发现，纳米材料能够增加电解反应的表面积，提高电解反应的效率，从而增强电解法对微生物的杀菌效果。
另外，研究还发现，电解法不仅对细菌、病毒等简单微生物有杀菌作用，对一些耐受强氧化剂的微生物也能起到一定的抑制作用。
总的来说，电解法通过直接电解、电解产生氧化还原反应和电解生成活性氧等方式来杀菌微生物。
了解电解法对微生物的杀菌机理，对优化电解法的工艺参数和提高电解法的杀菌效果具有重要意义。
微生物燃料电池在污水处理中的应用
微生物燃料电池在污水处理中的应用微生物燃料电池在污水处理中的应用1. 引言随着城市化进程的加快，城市人口的急剧增长，废水排放量也在逐年上升。
传统的废水处理方法存在着处理成本高、能源消耗大、污泥产生多等问题。
为了寻找一种更加经济、高效同时又可持续的废水处理技术，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，简称MFCs）应运而生。
本文将探讨微生物燃料电池在污水处理中的应用及其优势。
2. 微生物燃料电池的原理微生物燃料电池是一种能将有机物转化为电能的设备。
它通过利用微生物的代谢过程，将有机物废水中的化学能转化为电能。
微生物燃料电池通常由阳极和阴极两部分组成。
阳极是放置微生物（通常是细菌或真菌）的电极，而阴极则是与阳极相连的电极。
当废水通过阳极时，微生物在阳极上发生氧化反应，释放出电子，然后电子通过外部电路流向阴极，与阴极上的氧气发生还原反应，进而产生电流。
3. 微生物燃料电池在污水处理中的应用3.1 优势微生物燃料电池在污水处理中具有以下优势：（1）能源转化效率高：微生物燃料电池能够将有机物废水中的能量转化为电能，相比传统的废水处理方法，更加高效。
（2）减少能源消耗：微生物燃料电池在处理废水的同时产生电能，可以供给污水处理厂的自身运行需求，从而减少外部电力供给，降低能源消耗。
（3）减少污泥产生：传统废水处理方法通常会产生大量的污泥，而微生物燃料电池则能够将废水中的有机质直接转化为电能，减少了污泥产生，从而降低了后续的处理成本。
（4）操作简单：相比传统方法，微生物燃料电池的操作相对较简单，无需复杂的设备和操作过程。
3.2 应用场景（1）污水处理厂：将微生物燃料电池应用于污水处理厂，能够提高废水处理的效率，减少能源消耗，降低后续处理成本，并且同时产生电能供给自身运行。
（2）农村地区：在一些没有接通电网的农村地区，微生物燃料电池可以作为一种独立供电系统，利用废水中的有机质提供电能，满足农村居民的基本用电需求。
微生物电池的原理与应用ppt课件
贵金属Pt
过渡金属大环化合物
金属氧化物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
填料式MFCs
管状ACMFCs 在构型上和操作方式上与污水处理设 备中的生物滤池颇为相似; 填料型MFCs类似于流化床 反应器。
• 1970，生物燃料电池概念确定； • 1980后，生物燃料电池输出功率有较大提
高 • 2002，bond发现特殊微生物地杆菌； • 2006，美国bruce教授、byung(韩国）和比
利时willy教授在MFC上做了大量研究。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 微生物传感器的发展，广泛 工作的MFC使用的原则制定新的生化需氧量传感器在于：①电池产生的电流 或充电之间的污染物浓度呈良好的线性关系;②电池的电流对污水响应速度更 快;③有较好的重复性。
• 作为一个新的水处理工艺 目前，由于燃料有机废水，有机物质循环中的化学能的污水一直是MFC的这 项研究的主要目的，但在研究中，污水处理后的MFC的水质监测结果，以便 为新的污水处理技术开发的研究人员到MFC基本工作原理产生了浓厚的兴趣。 优点：1）可以为微生物燃料电池提供一个新的研究方向；2）为处理污水， 将无用资源转变为可生产能量的有用资源提供了新的发展方向。
• 在应用程序开发的前景与微生物燃料电池方面：①替代能源;②传感 器;③污水处理新技术;④利用微生物燃料电池的特殊环境未培养细菌 的富集。
• 替代能源，生物质能 因为MFC将能转化为电能的生物量直接转化 ，机器人、汽车、医疗
微生物制氢技术的突破与应用发展
微生物制氢技术的突破与应用发展近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增长，微生物制氢技术作为一种绿色、清洁的能源生产方式受到了广泛关注。
微生物制氢技术利用微生物的代谢活动将有机物转化为氢气，具有高效、环保的特点，被认为是未来可持续发展的重要能源之一。
本文将从微生物制氢技术的突破与应用发展两个方面进行探讨。
一、微生物制氢技术的突破1.1 基于基因工程的微生物改良传统的微生物制氢技术受限于微生物自身的产氢能力，产氢效率较低。
然而，通过基因工程手段对微生物进行改良，可以提高其产氢能力。
近年来，科学家们利用基因编辑技术，成功地改造了一些微生物，使其产氢能力大幅提升。
例如，通过改变微生物代谢途径中的限制步骤，使其能够更高效地将有机物转化为氢气。
这一突破为微生物制氢技术的发展带来了新的可能性。
1.2 利用共生关系提高产氢效率微生物制氢过程中，微生物与其他生物之间的共生关系对产氢效率起着重要作用。
研究人员发现，某些微生物与其他微生物或植物之间存在着共生关系，可以相互促进产氢过程。
例如，一些微生物可以通过与植物共生，利用植物提供的有机物为能源，从而提高产氢效率。
这种共生关系的发现为微生物制氢技术的突破提供了新的思路。
二、微生物制氢技术的应用发展2.1 能源生产微生物制氢技术作为一种可再生能源生产方式，具有广阔的应用前景。
目前，一些国家已经开始将微生物制氢技术应用于能源生产领域。
通过在工业废水、农业废弃物等资源中利用微生物制氢技术，可以实现废物的再利用，并产生清洁能源。
这种能源生产方式不仅能够减少环境污染，还能够缓解能源紧张的问题。
2.2 污水处理微生物制氢技术还可以应用于污水处理领域。
传统的污水处理方法往往需要大量的能源消耗，而微生物制氢技术可以利用废水中的有机物为能源，同时产生清洁能源。
这种技术不仅能够高效地处理污水，还能够实现废物资源化，减少对环境的负面影响。
2.3 生物质能源转化生物质能源是一种重要的可再生能源，微生物制氢技术可以将生物质转化为氢气，实现能源的高效利用。
电化学析氢制氢的技术进展及其应用研究
电化学析氢制氢的技术进展及其应用研究氢气是一种清洁、高效、可再生的能源，被广泛应用于能源领域。
传统的氢气制备方法包括化石能源燃烧、燃料重整和水煤气化等，但这些方法都存在能源消耗大、环境污染严重等问题。
因此，一些新的氢气制备技术被研发出来，其中电化学析氢制氢技术是一种有前景的方法。
一、电化学析氢制氢技术及其原理电化学析氢制氢是通过电化学反应在负极上将水分子还原成氢气，采用电解水生产气体。
其基本原理是利用外加电源，使水电解成氢气和氧气，在负极上通过还原反应产生氢气，而在阳极上发生氧气的氧化反应。
该技术具有产气量大、原料广泛、环保安全等优点，相对于传统的氢气制备方法，电化学析氢制氢技术更加环保。
二、电化学析氢制氢技术的发展历程电化学析氢制氢技术最早可以追溯到1800年，英国科学家戴维·威廉姆提出了用电解水来制备氢气的方法。
此后，随着电化学理论的发展，电化学析氢技术逐渐成熟。
1960年代，美国贝尔实验室成功地将电化学发生器与高温氧化还原反应技术相结合，研制出了一种新的高效电化学析氢制氢方法，即“Copper-Chlorine Cycle”，该方法具有高效、节能的特点。
此后，电化学析氢技术得到了不断改进和发展，例如发展出了基于固体氧化物燃料电池电解质的固态氧化物碳酸盐电池（Solid oxide carbonate fuel cell，SOEC）方法等。
三、电化学析氢制氢技术的应用1. 能源领域：氢燃料电池是目前最有效的氢气利用方式之一，因其发电效率高、无老化和排放物少等特点，深受汽车制造商和能源供应商的喜爱，电化学析氢制氢技术是氢燃料电池的重要配套技术之一。
2. 工业领域：氢气在合成各种化学品、工业金属加工、电镀、水处理等领域有广泛的应用。
电化学析氢制氢技术在此领域也有发展前景。
3. 救援领域：在自然灾害和事故等紧急情况下，氢气能够作为紧急能源来源，电化学析氢制氢技术可以为救援人员提供必需的能源。
微生物电解池制氢
微生物电解池制氢微生物电解池制氢的原理是利用微生物在电解质介质中的电化学活性，将底物分解产生的电子转移到阳极上，通过阳极的还原反应产生氢气。
这种制氢方式不仅节约了能源，还解决了废水处理和能源开发的难题，因此备受人们关注和研究。
微生物电解池制氢技术的发展历程微生物电解池制氢技术源于传统的电解制氢技术，传统的电解制氢是通过外加电压将水分解产生氢气和氧气。
然而，传统电解制氢的能源损耗较大，不够环保，而且成本高，限制了其在大规模应用方面的发展。
为了克服这些问题，研究者们开始将微生物的生物电化学活性引入到电解制氢中，逐步发展出了微生物电解池制氢技术。
1990年代初，美国科学家发现了一种能够在电解质介质中产生氢气的特殊微生物，这一发现引起了科学界的广泛关注。
随后，研究者们开始利用这种微生物的生物电化学活性，通过电解方式制氢的研究。
经过多年的努力，他们终于成功地搭建了微生物电解池制氢实验装置，并取得了令人瞩目的成果。
在此基础上，越来越多的研究者开始关注微生物电解池制氢技术，探索其在废水处理和能源生产方面的应用潜力。
逐渐地，微生物电解池制氢技术成为了研究领域的热点之一。
随着科技的不断进步，微生物电解池制氢技术也在不断得到完善，取得了越来越令人满意的成果。
微生物电解池制氢的原理和过程微生物电解池制氢是一种复杂的生物电化学过程，其原理和过程涉及到微生物代谢途径、电解化学反应、底物降解等多个方面。
下面，我们将从微生物代谢途径和电解化学反应两个方面来详细介绍微生物电解池制氢的原理和过程。
微生物代谢途径微生物对底物的代谢途径是微生物电解池制氢过程的关键环节。
通常情况下，微生物可以利用底物进行好氧代谢和厌氧代谢，产生不同的有机代谢产物。
其中，厌氧代谢过程产生的有机代谢产物被认为是微生物电解池制氢的主要底物源。
在微生物电解池中，一般采用产氢菌作为微生物菌种。
这类微生物具有良好的厌氧代谢能力，可以利用底物通过厌氧呼吸途径产生氢气。
氢的制取及氢能的利用
氢的制取及氢能的利用技术和经济的发展以及人口的增长,使得人们对能源的需求越来越大。
目前以石油、煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源。
一方面,化石燃料的使用带来了严重的环境污染, 大量的CO2、SO2、NOx 气体以及其他污染物,导致了温室效应的产生和酸雨的形成。
另一方面,由于化石燃料的不可再生性和有限的储量，日益增长的能源需求带来了严重的能源危机。
据估计，按照目前的消耗量，石油仅仅能维持不到50 年, 而煤也只能维持200 年，Kazim 和Veziroglu 2001 年指出，作为主要石油输出国的阿拉伯联合酋长国，将在2015 年无法满足石油的需求。
Abdallah等在1999 年宣布，埃及的化石燃料资源，在未来的20 年内就会耗尽。
而作为能源需求大国的中国，目前已经有超过31%的石油需要进口，而到2010 年，这一数字将会增长到45%～55%。
基于以上所述环境污染和能源短缺的双重危机，发展清洁的、可再生的新能源的要求越来越迫切。
太阳能、风能、生物质、地热能、潮汐能具有丰富、清洁、可再生的优点,近年来受到了国际社会的广泛关注。
尤其以太阳能、风能以及生物质能，更被视为未来能源的主力军。
根据简单估算，太阳能的利用率为20%时，利用陆地面积的0.1% 就足以提供满足当前全球的能量需求。
而中国仅仅依靠风力发电, 就足以使目前的发电量翻一番。
然而，这些可再生资源具有间歇性、地域特性，并且不易储存和运输的特点，氢以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点,被视为最理想的能源载体。
1 氢的制取1. 1 电解水制氢电解水制氢是目前最为广泛使用的将可再生资源转换为氢的技术,当两个电极(阴极和阳极)分别通上直流电,并且浸入水中时,在催化剂和直流电的作用下,水分子在阳极失去电子，被分解为氧气和氢离子,氢离子通过电解质和隔膜到达阴极,与电子结合生成氢气.这个过程就是电解水,其装置即电解槽。
目前市场上的电解槽可以分为3 种: 碱性电解槽(Alkaline Electrolyzer)、质子交换膜电解槽(Proton Exchange MembraneElectrolyzer)和固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)。
微生物电解池制氢
微生物电解池制氢微生物电解池制氢是一种利用微生物在电化学反应中产生氢气的技术。
这种技术利用微生物代谢过程中产生的电子，通过电极传递到阳极，从而促使水分子发生水解反应，生成氢气。
微生物电解池制氢技术具有环境友好、低能耗、高效率等优点，因此受到了广泛关注。
工作原理：微生物电解池制氢的工作原理涉及微生物、电化学和化学反应等多个方面。
主要步骤如下：1.微生物代谢：在微生物的代谢过程中，有些微生物能够利用有机废物、废水等作为电子供体，通过代谢产生的电子，参与电极的电化学反应。
2.电化学反应：微生物通过代谢过程中产生的电子通过外部电路传递到阳极，而阳极上则发生水电解反应，将水分子分解为氢气和氧气。
3.氢气产生：在阳极处，水分子发生水解反应，生成氢气，同时在阴极处生成氧气。
4.电子循环：电子通过外部电路从阳极传递到阴极，从而使得阳极和阴极之间保持电子平衡，促使水分解反应持续进行。
应用和优势：1.环境友好：微生物电解池制氢过程中无需高温、高压和有毒催化剂，不会产生二氧化碳等温室气体，是一种环境友好的制氢技术。
2.低能耗：微生物电解池制氢过程中所需能量相对较低，主要来自微生物代谢产生的电子，因此能耗较低。
3.资源丰富：水是制氢的原料之一，而水是一种广泛存在且丰富的资源，因此微生物电解池制氢具有较好的资源可持续性。
4.高效率：由于微生物能够代谢产生电子，微生物电解池制氢具有较高的转化效率和产氢效率。
5.适用性广泛：微生物电解池制氢技术适用于不同类型的废水、有机废物等原料，具有较强的适用性和灵活性。
挑战和未来发展：尽管微生物电解池制氢技术具有诸多优点，但也面临着一些挑战，如微生物代谢途径的不完善、电化学反应速率的限制等。
未来，需要进一步深入研究微生物电解池制氢的机理，优化微生物和电解池系统的设计，提高制氢效率和稳定性。
同时，结合可再生能源等新能源技术，探索微生物电解池制氢技术在能源转换和储存领域的应用潜力，推动其向实际工程应用和商业化转化。
光发酵及微生物电解池制氢研究进展
光发酵及微生物电解池制氢研究进展崔寒;邢德峰【摘要】H2作为21世纪的新能源已经越来越受到人们的重视,是未来能源革命的主要替代化石燃料的主力军.本文主要探讨总结了光发酵和微生物电解池这两种生物制产氢方式在近5年的最新研究进展,并对于未来的研究方向给予展望.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2016(030)011【总页数】4页(P49-51,56)【关键词】生物制氢;光发酵细菌;微生物电解【作者】崔寒;邢德峰【作者单位】哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】TQ91微生物电化学系统是近10年新发展起来的一套高效能量产出系统以及一种废物资源化技术，可以以较少的能量投入之下，将有机废物降解并且生成清洁的能源如H2、甲烷等，这些清洁能源在全球能源结构优化与改革的浪潮下会逐步的替代现有的以化石燃料为主体的现有模式，并将为人类的继续发展起到不可磨灭的作用。
作为一种新型的生物质能源技术，微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC）的建立和发展离不开微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）。
MEC技术的兴起，是源于科学家们逐渐意识到单纯的MFC无法为能源结构革命带来深刻的影响，所以，能够在很少电能投入的情况下产生出热值较高的H2和甲烷，所以此项技术在最初被人们称之为“电化学产氢”或“微生物燃料电池耦连产氢”。
通常电解水产氢的电压为2.1V左右，但是通过这这种方式产氢的电压只需要0.3～0.9V[1]。
光合细菌（Photosynthetic Bacteria,简称PSB）是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物[2]。
微生物电解池的应用
微生物电解池的应用微生物电解池是一种利用微生物的代谢活性产生电流的设备，它广泛应用于环境治理、能源生产和资源回收等领域。
微生物电解池利用微生物的电化学活性，将有机物降解成二氧化碳、水和电子，从而产生电能。
本文将介绍微生物电解池的应用领域及其优势。
一、环境治理领域1. 废水处理：微生物电解池可用于废水处理厂的废水处理过程中。
通过微生物的代谢活性，将有机物降解为无害的物质，从而达到净化废水的目的。
与传统的废水处理方法相比，微生物电解池具有高效、节能的特点。
2. 污泥处理：微生物电解池可用于污泥的处理过程中。
传统的污泥处理方法需要大量的能源和化学药剂，而微生物电解池利用微生物的电化学活性，可以在无需添加外部能源和药剂的情况下，将污泥中的有机物降解，从而减少了处理成本。
二、能源生产领域1. 生物能源：微生物电解池可用于生物能源的生产过程中。
通过微生物的代谢活性，将有机物转化为电能，可以用于发电或储存。
与传统的能源生产方式相比，微生物电解池具有环保、可持续的特点。
2. 氢气生产：微生物电解池可用于氢气的生产过程中。
通过微生物的电化学活性，将有机物转化为氢气，从而实现清洁能源的生产。
与传统的氢气生产方法相比，微生物电解池具有高效、低成本的特点。
三、资源回收领域1. 有机物回收：微生物电解池可用于有机物的回收过程中。
通过微生物的代谢活性，将有机物降解为可再利用的物质，从而实现资源的回收利用。
与传统的有机物处理方法相比，微生物电解池具有高效、经济的特点。
2. 电子回收：微生物电解池可用于电子的回收过程中。
通过微生物的电化学活性，将有机物转化为电能，并将电能存储起来，从而实现电子的回收利用。
与传统的电子回收方法相比，微生物电解池具有高效、可持续的特点。
微生物电解池在环境治理、能源生产和资源回收等领域具有广泛的应用前景。
它不仅可以实现废水处理和污泥处理的高效节能，还可以实现生物能源和氢气的清洁生产，以及有机物和电子的高效回收利用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一种清洁能源——氢
氢气由于具有高热值、高热效率、 不污染环境的特征而备受青睐。 目前，绝大多数的氢气来源于化石 燃料的转化，如天然气、重油、石 脑油、煤等，只有4%的氢气来源于 电解水。
主要内容
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
制氢方法 新型的氢气制法
2
3 4
MEC制氢原理
MEC优点和不足 MEC的应用 前景展望 参考文献
MEC制氢原理
它的阴、阳极均为厌氧环境，同 时，在外电路串联了一个电源。 MEC的阳极反应是微生物代谢底 物生成质子、电子和二氧化碳， 电子通过外电路到达阴极，质子 通过质子交换膜扩散到阴极。阴 极反应， MEC则质子和电子反应 生成氢气。
MEC底物广泛 制氢所需的理论电压小
理论产氢率高于发酵产氢
阳极：碳网、石 墨颗粒等。
阴极：过渡金属
盐度、PH、溶 液的电导率 适当
MEC 制氢研究重点
1
2
3
重视和加强MEC 制 氢的基础理论研究 。进一步揭示微生 物产氢的机制和条 件, 在代谢途径方 面切断旁路代谢, 解除代谢阻遏, 使 总体代谢途径向产 氢方向进行
加强新型高效催 化材料的研究、 开发设计和开发 新型高效MEC 阴 极催化剂, 是今 后开发高效MEC 催化材料的研究 方向
MEC 优 点
限制恶臭气体的排放
MEC的不足
• 阳极需贵金属作为催化剂产氢，增加产氢 的成本。 • 针对成分复杂的有机废水，MEC 的处理能 力和产氢能力还需要进一步研究。 • 对于有膜MEC，阴阳极之间的pH 梯度差必 须要解决，同时，还要将膜的价格降下来 • 对于无膜MEC 和生物阴极MEC，产甲烷菌 对氢气的消耗要降低和去除。 • 产电菌群的研究，以及影响其活性的物理 和化学因素的认识和了解。然而，最重要 的是设计一种经济有效的、可放大的MEC 系统。
提高催化效率和 延长电极寿命是 MEC 技术得以广 泛应用的关键前 提
前景展望
EC制氢技术是一种符合可持续发 展战略的课题。利用废水中的废物
生物质产氢,不仅实现了废水的减
排,而且有效回收利用其中蕴含的
生物质能。随着能源危机的加深和
各国对能源需求量的日益增 加,MEC技术对生物质能的利用具 有巨大的开发潜力和广阔的前景。
参考文献
• 郭坤，张京京等.微生物电解电池制氢【J】.化学 进展，2010.4 • 陈小粉，柳娴，李小明等，微生物电解产氢新技 术研究现状与进展【J】.环境科学与技术， 2010.9 • 王利勇，叶晔捷等，废水同步生物处理与微生物 电解池产氢的研究进展【J】.现代化工，2010.9 • 滕继濮，微生物电解池：污水变氢气.科技日报， 2011.3.18,006版 • High hydrogen production rate of microbial electrolysis cell (MEC) with reduced electrode spacing by logan • Rachel C. Wagner，John M. Regan，Hydrogen and methane production from swine wastewater using microbial electrolysis cells. water research 43 (2009) 1480–1488
处理养猪场废水
在猪场废水处理过程中，生产一种有 用和有价值的产品如氢气，可以降低 处理成本。理论上废水在微生物电解 池处理过程中会产生氢气，在单室电 解池阳极使用石墨纤维刷时，每天可 以收集1m3的氢气。氢气的产生效率 高达39%-190%。
影响氢产率的因素
电极间距 减少电极间距可以 增加产氢量 两极材料 反应室 单室、双室
MEC的应用
生产化肥 处理养猪场废水 影响氢产率的因素
生产化肥
目前我们使用的化肥大都是在工厂 中生产出来之后才运输到各个农场 中去的，这个过程中浪费了许多的 人力与物力。 如果在规模比较大的农场中，将自 产植物的纤维素生产出来的氢气与 空气中唾手可得的氮气进行加工生 产氨和硝酸，就能制备硝酸铵、硫 酸盐和磷酸盐等肥料。
5
6 7
制取氢气的方法
1
化学制氢:天 然气、石油等 化合物的重整 制得，是目前 世界上应用最 广泛的制氢方 式。
2
电解水制氢: 是一种完全清 洁的制氢方式， 但其耗能量较 大，在现场制 氢方面受到一 定的限制。
3
生物制氢:发 酵产氢不能使 有机物彻底氧 化，产氢率较 低。
• 新型的制氢方法 微生物燃料电池（MFC）是在微生物 的催化作用下，将有机物转化为无 机物并释放电能的过程。Logan等在 微生物燃料电池（MFC）的基础上发 现了一种新的产氢方法，微生物电 解（MEC）产氢。