微生物燃料电池毕业设计论文
微生物燃料电池毕业设计论文
摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell，MFC）能够在处理污水的同时将污水中蕴含的化学能转化为电能，是一种低能耗的水处理技术，近年来成为环境领域的研究热点。
目前制约MFC 实际应用的主要因素是成本过高和产电性能偏低。
由于电极成本在MFC 总成本中所占比例最大，同时电极性能也是决定MFC 性能的关键，因此降低电极成本和优化电极性能对于MFC 的实用化具有重要意义。
本文以推进MFC 实用化为目标，筛选用于阳极和生物阴极的廉价填料型电极材料，通过电极材料特性和构型的优化提高其产电性能，并将其应用于放大的MFC 装置。
本研究选择廉价的半焦和活性炭与传统的石墨和碳毡电极材料进行产电性能对比。
用于阳极时，活性炭产电性能最好，半焦较差。
导电性过低是限制半焦阳极性能的主要因素。
并分析了不同阳极材料表面的产电微生物、产电过程、产电机理和产电能力的区别。
本文可为MFC阳极材料优化、产电微生物的富集、MFC构型改造等组合提供思路，其中着重讨论的不同阳极材料对微生物燃料电池的产电性能影响的相关内容，可为筛选廉价、产电效率高的阳极材料，推动微生物燃料电池实用化提供参考。
关键词：微生物燃料电池；产电微生物；阳极材料；产电性能；成本；大型化AbstractMicrobial fuel cell (MFC) is a low energy-consuming water treatment technology which can purify wastewater and simultaneouslyconvert its chemical energy.Inrecentyears, ithasbe comeonehottopicint the environment field. The practical application of MFC shasbeen limited.Due to high costsand lowyield sofpower generation.The electrode is the largest contribu. Tortotota lcost of MFC and the key componentinde ciding the MFC performance. Thuselectrode costreduction and electrode performance optimization both have great. Significance onpractical application of MFC. To push forward the practical application of MFC, inthisdissertation low costpackedelectrode materialsforanodeandbio-cathodewere selected,and the performance of electrode wasimprovedby optimizing electrode characteristics and configuration. Then the optimized electrode wasused in a largescale MFC. Inexpensivesemicoke and activated carbon were used aselectrode materials and compared with conventional materials graphite and carbon felt. When used in anode, activated carbon performed best, but semicoke had poor power generation performance. The extremely low conductivity of semicoke is the main limitation for the low performance of semicoke anode.to analyze different anode material on the surface of the electricigens, electricity production process, electricity generation and electricity generation capacity difference, as MFC anode materials optimization, microbial enrichment, MFC configuration transformation and the combination of ideas, discussed the different anode materials on microbial fuel cell power generation performance influence, from the screening report of production of high efficiency of anode materials, to promote the development of related research in microbial fuel cell.Key wordsMicrobial fuel cell; Electrogenesis microorganism; Anode materials ; Electricity production performance；degression;practical第1章绪论目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................. I I 目录 ............................................................................................................................. I II 第1章绪论 .. (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2微生物燃料电池 (3)1.2.1基本原理和分类 (3)1.2.2微生物燃料电池的关键问题 (5)1.2.3微生物燃料电池的发展方向 (8)1.3 电极材料及构型 (9)1.3.1 MFC电极研究展望 (10)1.3.2成本降低 (11)1.4研究目的与内容 (12)1.4.1研究目的 (12)1.4.2研究内容 (12)第2章实验材料与方法 (15)2.1 MFC的实验药品和实验仪器 (15)2.1.1实验药品 (15)2.1.2实验仪器 (15)2.2 阳极材料筛选 (16)2.2.1产电性能 (16)2.2.2 经济性评价 (17)2.2.3微藻燃料电池的实用化研究 (18)结论 (20)参考文献 (22)致谢 (1)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景和意义21世纪是绿色的世纪，可持续发展的世纪，然而随着人类智力的提升，科学技术不断的革新，环境问题成为严重制约人类社会发展的因素。
微生物燃料电池的研究进展.
山西大学研究生学位课程论文（2013 ---- 2014学年第学期）学院（中心、所）：专业名称：课程名称：高等环境微生物论文题目：微生物燃料电池的研究进展授课教师（职称）：研究生姓名：年级：学号：成绩：评阅日期：山西大学研究生学院2014年月日微生物燃料电池的研究进展学生：指导老师：摘要：微生物燃料电池作为一种可再生能源是当下的一个研究热点。
本文从微生物燃料电池的由来，原理，分类，研究方向，应用前景等方面对微生物燃料电池做了一大致的概述。
介绍了几种主要的燃料电池细菌。
关键字微生物燃料电池随着全球化石油燃料的减少和由此产生的温室效应的加剧，一种清洁高效的能源走进了人们的视野，它便是微生物燃料电池。
微生物燃料电池(Microbiological Fuel Cells)并非刚刚出现的一项技术，早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，将其放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。
利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到电极上，这样的装置叫微生物燃料电池。
用微生物作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换。
[1]纵观微生物燃料电池的发展历史，经历了几种形式的变革[2]。
早期的微生物燃料电池是将微生物发酵的产物作为电池的燃料，如从家畜粪便中提取甲烷气体作为燃料发电。
20世纪60年代末以来，人们将微生物发酵和制电过程合为一体。
20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了较大提高，使其作为小功率电源而使用的可行性增大，并因此推动了它的研究和开发。
2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。
由于微生物燃料电池能够长时间提供稳定电能，所以它在诸如深海底部和敌方境内的军事装备这些“特殊区域”具有潜在用途．近年来，微生物燃料电池的研究受到了广泛关注。
微生物在生物燃料电池中的应用技术研究
微生物在生物燃料电池中的应用技术研究随着全球能源危机的严峻形势以及对可再生能源需求的增加，生物燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术备受关注。
微生物在生物燃料电池中的应用，为电能的高效转换提供了一种独特的解决方案。
本文将针对微生物在生物燃料电池中的应用技术进行深入研究。
一、微生物燃料电池概述生物燃料电池是一种将有机废物直接转化为电能的装置，其基本原理是利用微生物的代谢活动将有机物氧化为电子，并通过电子传递的方式直接将电子输送到电极表面，实现电流的产生。
微生物燃料电池具有结构简单、能源转化效率高以及对环境友好等优点，因此被广泛应用于生物能源领域。
二、微生物选择与培养在微生物燃料电池中，微生物的选择和培养对于电池的性能具有重要影响。
微生物应具备较高的电子传递速率和氧化底物能力，同时要适应极端环境条件的要求。
目前常用的微生物包括细菌、酵母和藻类等。
为了获得高效的微生物，需要通过筛选和培养等手段进行优化。
三、微生物代谢产物的利用在微生物燃料电池中，微生物的代谢产物是产生电流的关键因素。
微生物通过氧化底物，产生电子和质子，通过电子传递链将电子输送到电极表面，形成电流。
此外，微生物还可以产生有机酸、氢气等代谢产物，这些产物可以进一步被利用，提高电池的性能。
四、电极材料与结构优化电极材料的选择和设计对于提高微生物燃料电池性能至关重要。
传统的电极材料包括碳纳米管和导电聚合物等。
近年来，通过纳米技术和材料工程的手段，开发了许多新型电极材料，如纳米颗粒、纳米线和二维材料等。
此外，电极的结构优化也是提高电池性能的关键，如增加电极表面积、提高电子传递速率等。
五、微生物燃料电池的应用领域微生物燃料电池的应用领域广泛，涉及生活污水处理、生物医药以及可穿戴设备等领域。
在生活污水处理中，微生物燃料电池能够将有机废物直接转化为电能，实现废物资源化利用。
在生物医药领域，微生物燃料电池可以作为植入式生物传感器，实时监测体内代谢情况。
此外，微生物燃料电池在可穿戴设备中的应用，为便携式电源提供了新的解决方案。
一种双阴极微生物燃料电池
一种双阴极微生物燃料电池双阴极微生物燃料电池是一种新型的生物能源转化技术，利用微生物的代谢活动将有机物质转化为电能。
与传统的微生物燃料电池相比，双阴极微生物燃料电池具有更高的能量转化效率和更稳定的电流输出。
双阴极微生物燃料电池由两个阴极和一个阳极组成。
阴极是电子接受体，阳极是电子供应体。
微生物在阳极上通过氧化有机物质产生电子，并通过外部电路流向阴极。
双阴极则可以提高阳极上微生物的代谢效率，增加产电效果。
双阴极微生物燃料电池的工作过程可以分为两个阶段：阳极反应和阴极反应。
在阳极反应中，微生物通过代谢有机物质产生电子，并通过外部电路流向阴极。
同时，阳极上的氧化反应也产生氢离子，使阳极保持酸性环境。
在阴极反应中，氧气作为电子的最终受体，在阴极上与电子结合生成水。
由于双阴极微生物燃料电池同时具有两个阴极，可以有效提高阳极上微生物的代谢效率。
双阴极的设计使得阳极上的微生物能够更充分地利用有机物质产生电子，从而增加了电流输出。
与传统的单阴极微生物燃料电池相比，双阴极微生物燃料电池具有更高的能量转化效率和更稳定的电流输出。
双阴极微生物燃料电池的应用前景广阔。
它可以用于废水处理、生物传感器、可穿戴设备等领域。
在废水处理中，双阴极微生物燃料电池可以将废水中的有机物质转化为电能，同时还可以去除废水中的有害物质，起到净化水质的作用。
在生物传感器中，双阴极微生物燃料电池可以作为能源供应器，为传感器提供稳定的电力。
在可穿戴设备中，双阴极微生物燃料电池可以将人体代谢产生的有机物质转化为电能，为可穿戴设备提供持久的电力。
双阴极微生物燃料电池的发展还面临一些挑战。
首先，阳极上的微生物种类和数量对电池性能有重要影响，如何选择和培养高效的微生物是一个关键问题。
其次，阳极上的有机物质浓度和质量也会影响电池的产能和稳定性，需要进行进一步的研究和优化。
此外，阴极上的氧气供应也需要得到充分保证，以确保阴极反应的顺利进行。
总的来说，双阴极微生物燃料电池是一种有潜力的生物能源转化技术。
微生物二代燃料电池的设计与性能优化
微生物二代燃料电池的设计与性能优化微生物二代燃料电池是一种利用微生物代谢产生的电流来产生电能的装置。
与传统化石燃料发电相比，微生物二代燃料电池具有更高的可持续性和更小的环境影响。
本文将探讨微生物二代燃料电池的设计原理、性能优化和未来发展方向。
微生物二代燃料电池的原理是利用微生物的代谢活动将有机物质氧化成电子和离子，并通过电化学反应将这些电荷转化为电流。
这种电流可以用于供电设备或储存起来以备将来使用。
微生物二代燃料电池一般由两个电极（阳极和阴极）、电解质和微生物生物膜组成。
阳极上的微生物通过氧化有机物质释放电子和质子，而阴极上的电子和质子结合氧气形成水。
这种微生物代谢产生的电子流就是通过外界电路传输的电流。
在设计微生物二代燃料电池时，关键的因素之一是选择合适的微生物生物膜。
微生物生物膜中的细菌或真菌在阳极表面形成生物膜，通过其代谢产生的酶将有机物质氧化成电子和质子。
常用的微生物包括但不限于葡萄糖酸盐还原菌、硝酸盐还原菌和甲烷氧化菌等。
选择合适的微生物可以提高微生物二代燃料电池的性能。
另一个关键因素是电极材料的选择。
阳极应具有较高的导电性和较大的比表面积，以便提供足够的接触面积供微生物附着和代谢。
常用的电极材料包括碳纳米管、导电聚合物和金属催化剂等。
阴极应具有良好的氧气还原反应活性，以便有效地结合电子和质子形成水。
传统的氧还原反应常使用贵金属催化剂，但近年来也出现了使用非贵金属催化剂的研究，以降低成本和环境影响。
除了微生物和电极材料的选择，电解质的选择也很重要。
电解质应具有较高的离子导电性和较低的电阻，以便电子和离子能够自由地在阳极和阴极之间传输。
常用的电解质包括但不限于盐桥、离子交换膜和固态电解质等。
选择合适的电解质可以提高微生物二代燃料电池的效率和稳定性。
性能优化是微生物二代燃料电池研究的重要方向之一。
通过优化微生物、电极材料和电解质的性能，可以提高微生物二代燃料电池的电流密度和能量转化效率。
一种常见的性能优化方法是改进阳极和阴极的结构设计，以增大有效表面积和改善质子和氧气的传输。
微生物燃料电池论文：微生物燃料电池阴极材料的制备及其产电性能研究
微生物燃料电池论文：微生物燃料电池阴极材料的制备及其产电性能研究【中文摘要】微牛物燃料电池(MFCs)是一种环境友好的生物产电技术,能利用微生物将有机底物中的化学能通过电化学反应直接转换为电能,具有原料广泛充足,操作条件温和,清洁环保等特点,在缓解能源短缺和环境问题方面具有巨大潜力。
但是MFCs仍存在不稳定、效率不高、输出功率低、成本昂贵等问题,阻碍了其进一步发展。
本文针对MFCs输出功率低、成本高等问题,先后制备了两种类型的阴极材料,同时相对应地改变了电池构型,设计和搭建实验室平台,并从材料性能,输出功率和运行情况等方面对MFCs体系的产电性能进行对比研究,进而对影响电池产电性能的因素进行分析和优化。
论文的研究内容主要包括以下几个部分：1、使用发散法制备了4.0代树状大分子,通过季胺化反应得到表面带正电荷的部分季胺化树状大分子,并且以此为模板,通过硼氢化钠【英文摘要】Microbial fuel cells (MFCs), one type of environmental friendly bio-technology, represent a device that transforms chemical energy in organic materials directly into electrical energy via electrochemical reactions. With the advantages of abundant fuels, mild operation condition and clean green, the MFCs have great potential in dealing with the supply of fossil fuels decline and environmental problemsintensify. The instability, inefficiency, low power output and high cost are still the major drawbacks in the development of MFCs.According to low output and high cost of the MFCs, we prepared two types of cathode material and changed the configuration correspondingly. The experimental platform was designed and set up to research the material property, power output and operation condition. Then, compared and analyzed these factors to find and optimize the electrogenesis performance of MFCs. The thesis including the following parts:1、Generation 4.0 Partially quarternized Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers with both quaternary ammonium groups and primary amines was prepared. Using template synthesis method, after the reduction reaction, we are able to produce Polyamidoamine (PAMAM) dendrimer encapsulated Platinum nanoparticles (Pt-DENs) with uniform diameters of 4 nm. Meanwhile, electrodeposition of Pt on carbon paper was performed in three-electrode system:Pt wire and Ag/AgCl were used as counter and reference electrodes while carbon paper serves as working electrode. Pt nanoparticles deposited and dispersed uniformly on the whole surface of the carbon paper with a diameter of 300 nm.2、A simple air-cathode single chamber microbial fuel cell (SCMFCs) system was designed in thisparagraph. Compared the two kinds of synthesis method between Pt-DENs and electro-deposition Pt. we analyzed thetime-voltage curve, polarization and power density curve:using the Pt-DENs as the cathode catalyst, the SCMFCs acquired the largest power output of 630 mw/m2, open voltage of 0.5 V, as well as with lower Pt loading amount of 0.1 mg/cm2. With advantages of unique catalytic properties, including high activity, selectivity and stability, Pt-DENs show great potential in the application and development of MFCs.3、In this study, flower spherical copper indium disulfide (CuInS2) semiconductor microspheres, prepared by a facile solvothermal method, formed on the transparent conductive glass (ITO substrate) by spin-coating, could be en effective cathode material in a MFC system. EDX and ICP-AES have shown that an excess of indium was obtained, which was greater at the surface than in the bulk. XRD reveals the chalcopyrite structure of CuInS2. The positive slope of the Mott-Schottky plot confirms the formation of n-type CuInS2 composites. Cyclic voltammetric measurements showed oxidation and reduction potential of the microsphere were 1.2 V and-0.7 V; time-voltage curve shows the operation voltage of the MFC system was 0.55 V; Furthermore, being equipped with CulnS2 cathode, the MFC achieved openvoltage of 0.69 V, maximum power density of 1640 mW/m2. largest current density of 17600 mA/m2. The CuInS2 photocathode MFC achieved excellent electricity performance even without a catalyst so that greatly reduces the material cost, which may broaden its application in energy conversion and environmental protection, and open up a new way for further development of the MFCs.【关键词】微生物燃料电池树状大分子封装铂二硫铜铟微球功率密度【英文关键词】Microbial fuel cell Pt-DENs CuInS2 microspheres power density【备注】索购全文在线加我：13.993.8848同时提供论文辅导写作和学术期刊论文发表服务本文为学术文献总库合作提供，无涉版权。
微生物燃料电池研究论文
微生物燃料电池研究论文微生物燃料电池（MFCs）提供了从可生物降解的、还原的化合物中维持能量产生的新机会。
MFCs可以利用不同的碳水化合物，同时也可以利用废水中含有的各种复杂物质。
关于它所涉及的能量代谢过程，以及细菌利用阳极作为电子受体的本质，目前都只有极其有限的信息；还没有建立关于其中电子传递机制的清晰理论。
倘若要优化并完整的发展MFCs的产能理论，这些知识都是必须的。
依据MFC工作的参数，细菌使用着不同的代谢通路。
这也决定了如何选择特定的微生物及其对应的不同的性能。
在此，我们将讨论细菌是如何使用阳极作为电子传递的受体，以及它们产能输出的能力。
对MFC技术的评价是在与目前其它的产能途径比较下作出的。
微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。
但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是新生的，为这一事物的实际应用提供了可能的机会。
MFCs将可以被生物降解的物质中可利用的能量直接转化成为电能。
要达到这一目的，只需要使细菌从利用它的天然电子传递受体，例如氧或者氮，转化为利用不溶性的受体，比如MFC的阳极。
这一转换可以通过使用膜联组分或者可溶性电子穿梭体来实现。
然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被还原。
与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。
与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。
首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。
其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。
第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。
第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。
第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。
微生物燃料电池的设计与性能分析
微生物燃料电池的设计与性能分析微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是利用微生物催化作用将有机质转化为电能的一种新型生物能源技术。
与传统燃料电池相比，MFC在能源转化效率和环境适应性等方面具有更大的潜力。
本文将结合实际案例，介绍MFC的设计原理和性能分析方法。
一、MFC的设计原理MFC的基本设计原理是将微生物催化剂与电极材料置于合适的生物反应器中，利用微生物在催化有机物降解过程中的电转换作用，将有机物质转化为电能。
MFC主要包括阳极、阴极和离子交换膜等组成，通过阳极上有机物质的降解，产生质子和电子，并将电子通过外部电路传输至阴极。
在阴极上，电子与氧气还原生成水，并释放出能量，从而实现电能转换。
具体来说，MFC的设计原理主要由以下3部分组成：（1）阳极：阳极是MFC中能量转化的关键部分，也是微生物催化剂的定位点。
阳极材料对MFC的性能影响非常大，通常采用具有高比表面积以及良好导电性的材料，如碳纳米管、碳纤维等。
此外，阳极质地对微生物附着也是至关重要的，当阳极表面结构过粗糙或过光滑时，都会影响到微生物的定植，进而影响到电流输出。
（2）微生物催化剂：微生物催化剂是MFC的核心部分，是通过其催化有机物质转化为电能的过程实现电能转换的。
微生物的种类和数量对MFC的性能同样具有重要影响，一般选择好的细菌或真菌作为催化剂，具有较快的电子转换速度和较高的能量转化效率。
（3）离子交换膜：离子交换膜是MFC中阴极和阳极之间的隔膜，主要用于离子传输和防止微生物漂移。
合适的离子交换膜能降低电流输出内阻，提高MFC的输出效率。
以上是MFC的设计原理，根据具体需求和实际情况，可进行不同程度的设计和改进。
二、MFC的性能分析方法MFC的性能分析是MFC研究中非常重要的一部分，其主要目的是评估MFC性能，并通过不同实验手段探究MFC性能的提升方式。
（1）发电性能分析：发电性能是最基本的MFC性能参数之一，通常通过测量MFC输出电压、输出电流等电学参数来评估MFC的发电性能。
微生物燃料电池毕业设计论文
微生物燃料电池毕业论文目录A BSTRACT .................................................. 错误!未定义书签。
第一章．文献综述 (1)1.1能源发展与环境问题 (1)1.2微生物燃料电池 (1)1.2.1 微生物燃料电池的工作原理 (1)1.3微藻型微生物燃料电池 (2)1.3.1 微藻阳极底物型MFC (3)1.3.2微藻生物阳极型MFC (3)1.3.3微藻生物阴极型MFC (5)1.4微生物燃料电池的应用前景 (5)1.5本课题研究容，目的及意义 (6)1.5.1本课题研究目的及意义 (6)1.5.2 本课题的主要研究容 (6)第二章实验材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1主要试剂及仪器 (7)2.1.2实验装置 (8)2.2实验方法 (9)2.2.1 MFC的接种及启动运行 (9)2.2.2 MFC运行条件 (11)2.2.3 测定指标及方法 (12)2.2.4 实验材料处理方法 (12)2.2.5实验容 (12)第三章结果与讨论 (14)3.1各周期输出电压的情况 (14)3.2各周期阴极藻的生长情况 (15)3.3各周期阳极人工废水的COD处理情况 (16)3.4各周期阴极溶氧的变化情况 (17)第四章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.2展望 (21)参考文献 (22)第一章．文献综述1.1能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。
20世纪50年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。
世界能源危机是人为造成的能源短缺。
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。
社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。
微生物燃料电池：新型产能生物技术
微生物燃料电池：新型产能生物技术【摘要】微生物燃料电池是一种新型产能生物技术，利用微生物将有机物转化为电力。
本文首先介绍了微生物燃料电池的定义和原理，解释了其工作原理和应用领域。
接着分析了微生物燃料电池的优势和挑战，包括环保、可再生能源和成本等方面。
最后总结了最新研究进展，展望了微生物燃料电池的未来发展前景，以及其在生物技术领域的重要性。
微生物燃料电池的引入为解决能源危机和环境污染提供了新的途径，具有巨大的潜力和价值。
通过不断的创新和研究，微生物燃料电池将成为未来绿色能源领域的重要技术。
【关键词】微生物燃料电池，生物技术，产能，新型技术，定义，工作原理，应用领域，优势，挑战，研究进展，未来发展前景，重要性，总结。
1. 引言1.1 微生物燃料电池：新型产能生物技术微生物燃料电池是一种利用微生物代谢活性产生电能的新型产能生物技术。
通过微生物在特定条件下，将有机物氧化成二氧化碳和水释放出电子，从而实现电能的转化和利用。
这种技术具有绿色环保、可再生能源和高效利用资源的特点，被广泛应用于生物能源、环境监测、医疗器械等领域。
微生物燃料电池的工作原理是利用微生物在阳极和阴极之间产生的氧化还原反应来产生电流。
微生物通过氧化底物产生电子，经过外部电路流向阴极，与氧气还原生成水，从而完成电子传递的过程。
这一过程中，微生物丰富的代谢活性和特定的电子传递途径是实现电能转化的关键。
微生物燃料电池在生物技术领域具有巨大的应用潜力和发展空间。
它不仅可以作为清洁能源生产工具，还可以用于废水处理、生物传感器、仿生纳米技术等领域。
微生物燃料电池也面临着技术成本高、电能转化效率低、寿命短等挑战，需要进一步研究和改进。
2. 正文2.1 定义和原理微生物燃料电池是一种利用微生物代谢产生的电能的生物能源技术。
其工作原理是通过微生物在电子受体的作用下氧化底物产生电子，并通过外部电子传递体系将电子传输到电极表面，从而产生电流。
微生物燃料电池的基本构成包括阳极、阴极、电解质和微生物。
微生物燃料电池的构建与性能研究
微生物燃料电池的构建与性能研究1. 序言微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）作为一种新型的生物电化学能源转换技术，在能源领域引起了广泛的关注。
通过利用微生物的代谢活动，在双电极之间实现电子传递，从而将生物化学能转化为电能。
其具有可再生性、低成本和环保等优点，被认为是未来可持续能源的重要研究方向之一。
本文将围绕微生物燃料电池的构建与性能展开深入研究，探讨其在能源转化领域的重要应用及未来发展方向。
2. 微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池是利用微生物在阳极和阴极之间的代谢活动，实现有机物氧化和电子传递的过程而产生电能的一种新型生物能量转换技术。
在微生物燃料电池中，阳极是微生物的代谢活动场所，微生物通过氧化有机物释放出电子和质子，质子向阴极迁移，电子则通过外部电路向阴极传递，从而在负载电路中产生电流。
阴极接受来自阳极的电子和质子，并与氧气等氧化剂发生还原反应，从而完成电子传递和电化学反应。
3. 微生物燃料电池的构建构建微生物燃料电池需要精心设计和组装多个部件，包括阳极、阴极、电解质和负载电路等。
阳极是微生物燃料电池中至关重要的部件，通常采用碳纳米管、石墨烯等导电材料修饰，以增强其电导率和反应活性。
阴极则主要采用氧还原催化剂，如铂、碳基材料等，以促进氧还原反应的进行。
电解质在微生物燃料电池中起着离子传导的作用，常见的电解质包括磷酸盐缓冲液、盐溶液等。
负载电路则用于收集和传递电子，通常由电阻、电容等元件组成。
4. 微生物燃料电池的性能评价微生物燃料电池的性能评价通常包括电压、电流、功率密度等指标。
电压是微生物燃料电池输出的电压，反映了电子传递的效率和阳极和阴极的反应活性。
电流则表示电子在外部电路中的流动强度，直接影响电能的输出。
功率密度则综合考虑电压和电流，是评价微生物燃料电池整体性能的重要指标。
通过对这些性能指标的评价，可以全面了解微生物燃料电池的工作状态和性能优劣，为后续研究和优化提供依据。
微生物燃料电池
微生物燃料电池摘要：微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种利用微生物将有机物化学能转化为电能的装置。
本文介绍了微生物电池的构造、作用原理以及对MFC的一些性能优化，目前在对微生物燃料电池的研究取得的突破和新的研究成果，以及在与其他电池相比具有的优势，对未来发展趋势的推测。
关键词：微生物电池作用原理性能优化研究成果优势发展趋势Microbial Fuel CellSummary:Microbial Fuel Cell is an equipment which can use microbes to transfer Organic chemical energy to electric energy. This article introduces the construction of MFC、function mechanism and majorization of MFC’s performance,the break through and new research result about the study of MFC at present.,and the preponderance compared with other cells,the conjecture about development trend of the future.Keyword: Microbial Fuel Cell Function mechanism Majorization of MFC’s performance Research result The preponderance Development trend引言微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念在上世纪70年代就被他提出，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。
微生物燃料电池技术
微生物燃料电池技术
微生物燃料电池技术是一项新兴的、能源领域中将取代传统能源和可再生能源来满足多样化能源需求的新型技术。
其最大的特点是使用活性微生物来维持电池的反应，为我们提供持续的能源供应。
微生物燃料电池的工作原理是将碳源（如木炭，煤油，糖等）和氧结合在特定条件（如温度，酸碱度和气压）下，利用活性微生物来持续产生电流，从而产生一定电压。
一旦电池连接设备，即可提供可持续的电能。
微生物燃料电池的优势主要体现在实现容量稳定，维护费用低，结构小巧，效率高，使用方便，以及不会造成污染等方面。
首先，微生物燃料电池的实现容量确实可以获得稳定。
由于微生物的生物反应可以持续的提供能量，所以它的行稳定性相对比较好，其可持续性也得以得到保证。
其次，微生物燃料电池的维护费用也是相对较低。
它基本上不需要额外投入，只要每隔一段时间进行清洁和更换，并及时补充新的微生物就能保持良好的性能。
另外，微生物燃料电池的结构小巧，易于携带和使用，可以为我们提供可靠的便携式能源支持能力。
此外，微生物燃料电池还可以提供较高的可再生能源转化效率，使人们能更快更有效地使用可再生能源来满足自身的日常能源需求。
最后，微生物燃料电池还是一种无污染技术，只产生小量的有害废气，因此对环境的损害很小。
综上所述，微生物燃料电池技术具有容量稳定、维护费用低、结构紧凑、效率高、
使用方便和无污染的优点，所以是未来替代传统能源和可再生能源满足多样能源需求的一种潜在技术。
如果能够得到合理的应用，微生物燃料电池必将成为我们新的时代的重要能源来源。
微生物燃料电池的优化设计与研究
微生物燃料电池的优化设计与研究微生物燃料电池是一种新型的清洁能源转换技术，能够将有机废弃物、废水等生物质材料转化为电能，与传统化石能源相比，微生物燃料电池具有环保、可再生、低成本等优点。
但是现阶段微生物燃料电池的能量密度、稳定性和效率等仍有待进一步提高和优化，本文主要讨论微生物燃料电池的优化设计与研究。
一、微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池是利用微生物代谢产生电流的一种技术，其基本原理是利用微生物在特定条件下进行有机物氧化还原反应，产生电子，进而通过电极将电荷转移形成电流。
微生物燃料电池的核心部件主要包括阴阳极、电解质和微生物质。
二、微生物燃料电池的优化设计与研究（一）微生物质的筛选与改良随着对微生物燃料电池的研究不断深入，微生物的选择以及改良也成为研究的关键之一。
目前，已经有许多研究人员通过筛选出高效微生物并通过时间进化等方式对微生物进行了改良。
（二）电极材料的选择与表面改性在微生物燃料电池中，电极材料起着极为重要的作用，它不仅能影响反应速率和机理，还直接关系到产生的电能效率。
因此，选择合适的电极材料，并对其表面进行改性是提高微生物燃料电池的效率的重要手段之一。
目前，常用的电极材料包括碳材料、金属材料和氧化物材料等。
（三）电解质的选取和桥接电解质是微生物燃料电池中作为导电媒介的重要组成部分，其选取和桥接直接影响着微生物燃料电池的性能。
例如，在微生物燃料电池中，常用的电解质包括磷酸盐缓冲液、钙盐和有机盐等。
（四）微生物燃料电池的运行条件微生物燃料电池的运行条件也极为重要，其不仅是影响微生物代谢活性和电荷转移的关键因素，也是提高微生物燃料电池性能的关键点。
常见的微生物燃料电池运行条件包括温度、pH值、电流密度、氧气供应等。
三、微生物燃料电池的应用前景微生物燃料电池具有广泛的应用前景，它能够对不同类型的有机废弃物和废水进行转化利用，为环保事业和清洁能源的发展做出重要贡献。
未来，微生物燃料电池技术将被广泛应用于生活垃圾和工业废水等处理领域，从而解决环境污染问题，并带来可再生、低成本的能源生产方式。
微生物燃料电池的发展趋势论文
微生物燃料电池的发展趋势摘要简述了微生物燃料电池(MFC) 的基本结构及运行原理，分析了MFC 在替代能源、生物传感器和开发新型水处理工艺等方面的应用前景。
介绍了不同类型的燃料电池如车用质子交换膜燃料电池、航天飞行器用再生燃料电池、小型便携式产品用直接甲醇燃料电池、中小型电站用固体氧化物燃料电池( SOFC)、微生物燃料电池(MFC )的技术发展现状与研究热点，并指出了未来燃料电池的发展趋势。
关键词微生物燃料电池，微生物，新能源，生物传感器，水处理Title The Development Trend of Microbial Fuel Cell__AbstractThe microbial fuel cell ( MFC ) of the basic structure and operation principle, analysis of MFC in alternative energy, biological sensors and the development of new water treatment technology and application prospect. Describes the different types of fuel cells such as vehicle proton exchange membrane fuel cell, aerospace vehicle with regenerative fuel cell, small portable products with direct methanol fuel cell, small and medium-sized power plant with a solid oxide fuel cell ( SOFC ), microbial fuel cell ( MFC ) technology development and research, and points out the future of fuel cell the development trend of.Keywords microbial fuel cells, microorganisms, new energy, biological sensors, water treatment1 引言微生物燃料电池(MFC) 是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置。
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微生物燃料电池毕业论文目录A BSTRACT .................................................. 错误!未定义书签。
第一章．文献综述 (1)1.1能源发展与环境问题 (1)1.2微生物燃料电池 (1)1.2.1 微生物燃料电池的工作原理 (1)1.3微藻型微生物燃料电池 (2)1.3.1 微藻阳极底物型MFC (3)1.3.2微藻生物阳极型MFC (3)1.3.3微藻生物阴极型MFC (5)1.4微生物燃料电池的应用前景 (5)1.5本课题研究容，目的及意义 (6)1.5.1本课题研究目的及意义 (6)1.5.2 本课题的主要研究容 (6)第二章实验材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1主要试剂及仪器 (7)2.1.2实验装置 (8)2.2实验方法 (9)2.2.1 MFC的接种及启动运行 (9)2.2.2 MFC运行条件 (11)2.2.3 测定指标及方法 (12)2.2.4 实验材料处理方法 (12)2.2.5实验容 (12)第三章结果与讨论 (14)3.1各周期输出电压的情况 (14)3.2各周期阴极藻的生长情况 (15)3.3各周期阳极人工废水的COD处理情况 (16)3.4各周期阴极溶氧的变化情况 (17)第四章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.2展望 (21)参考文献 (22)第一章．文献综述1.1能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。
20世纪50年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。
世界能源危机是人为造成的能源短缺。
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。
社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。
目前国际社会关注的全球性环境问题主要包括:臭氧层破坏、温室效应和气候变暖、大气污染和酸雨、生物多样性减少、放射性物质污染、海洋污染和海洋生态系统的破坏等，尤其是全球气候变化、酸雨和大气污染、海洋污染和海洋生态系统的破坏等重大环境问题，日益受到世界各国的普遍关注。
而这些问题的产生，均与能源的开采、加工或利用有着密切的关系[1]。
随着经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。
如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。
因此，世界各国在能源的战略和政策上更加强调能源与环境的关系，更加注意环境保护的重要性[2]。
1.2 微生物燃料电池微生物燃料电池(MFC)是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物氧化产生电能的装置，它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质转化为电能。
将微生物燃料电池应用到废水处理领域，在处理有机废水的同时获得电能，是缓解当前能源危机和解决环境问题的有效途径，也是环境能源领域的热点研究课题之一。
1.2.1 微生物燃料电池的工作原理微生物燃料电池利用微生物作为反应主体，利用微生物的代谢产物作为物理电极的活性物质，引起物理电极的电位偏移，增加了电位差，从而获得电能，即将燃料的化学能直接转变为电能。
以有质子交换膜的双室微生物燃料电池为例（如图1），它的工作原理[3,4]是:在阳极区，微生物将有机底物氧化，这个过程要伴随电子和质子（NADH)的释放;释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上;电子通过导线转移到阴极区，释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区;在阴极区，电子、质子和氧气反应生成水。
随着阳极区有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行，在外电路获得持续的电流。
以葡萄糖为例，其反应式如下:图1-1 MFC的结构及原理示意图[3]Fig.1-1 Schametics of the structure and working principle of MFC阳极反应:C6H12O6+6H2O→6CO2+24H+ +24e- (l-l)E0=0.014 V阴极反应:602+24H+ +24e-→12H2O (l-2)E0=1.23 V1.3 微藻型微生物燃料电池微藻与MFC技术分别因其高关注度均发展很快，但将两项技术进行结合（即微藻型MFC）开展相关研究的报道还比较少。
早在1964年，Berk等[6]就开展了微藻型MFC的研究。
他们以Rhodospirillum rubrum(红螺菌属)于阳极室厌氧光照培养，同时将blue-green marine algae(蓝藻)附着于多孔铂电极上于阴极室光照培养构建MFC，获得0.96V的最大开路电压以及750mA/m2的短路电流。
但此MFC的能量利用效率仅为0.1-0.2%，与当时传统的太阳能电池技术相比还很低，因此相关研究一度停滞。
直到近几年，微藻和MFC技术的分别发展，以及太阳能综合利用技术的研究，微藻型MFC又重新获得研究者们的关注。
按照微藻在MFC系统中的作用来划分，可将微藻型MFC分为微藻阳极底物、微藻生物阳极、微藻生物阴极三种类型。
1.3.1 微藻阳极底物型MFC微藻阳极底物型MFC是将微藻作为阳极室阳极板上微生物可资利用的底物所构建的MFC。
微藻是一种单细胞绿色植物，其生长速度快、占地面积小并且不与农作物竞争土地，藻体富含叶绿素、蛋白质、碳水化合物、油脂等，少木质素和纤维素[7]。
MFC可以通过阳极产电微生物的作用对藻体进行水解和发酵，微藻在生长繁殖过程中也会分泌一些可溶性有机物(例如多糖等)被产电微生物所利用，最终产生清洁电能，这为微藻的资源化利用提供了一条新路径。
微藻阳极底物利用方式又分为原位利用和异位利用。
原位利用方式是将藻类作为底物直接加入MFC阳极室进行利用。
辉等[8]在沉积型MFC 阳极区中投加未经脱水脱毒处理的蓝藻，与相同条件下葡萄糖为底物的MFC相比，此MFC输出电量有所上升，并获得了5.7mW/m2的最大输出功率密度。
异位利用方式则是将微藻光生物反应器与MFC进行耦联，藻液由光生物反应器中培养后再通入MFC阳极室进行利用。
Strik等[9]将一进行微藻培养的光生物反应器与MFC进行耦联产电，可持续产电100d，获得最大电流密度539mA/m2，最大功率密度110mW/m2；但该系统库伦效率仅为2.8%，分析原因可能是微藻有机体复杂，不及小分子有机底物更易利用。
最近Rosenbaum等[10]提出将蓝藻在光生物反应器中固定化培养，产生易于降解的代谢产物后再通入耦联的MFC阳极室中供产电微生物利用，此方式可以提高MFC的库伦效率。
1.3.2 微藻生物阳极型MFC微藻生物阳极型MFC是在阳极室中利用微藻直接产电，或是协同产电微生物共同产电。
现有研究报道证明[11,12,13]微藻可以通过自身光合电子传递链或分解胞碳水化合物(例如糖原)直接产生电子，也可以间接提供电子。
间接提供电子方式又包括两种：一是微藻光合产氢，氢气再被氧化产生电子；二是利用藻菌协同培养，微藻光合生长分泌可被细菌利用的有机物，细菌再利用有机物产生电子。
1.3.2.1 微藻直接产电方式1980-1990年间，Tanaka课题组报道了一系列利用MFC阳极室培养蓝藻并产电的研究[11,12,13]，第一次证实微藻在光照培养时能产生电流，并且光响应迅速。
于是推测电子不仅氧化产生，还可以通过光合电子传递链产生[13]。
研究仅只能来自呼吸电子传递链或通过H2还观察到：当在阳极室进行微藻光暗间歇培养时，暗培养阶段的输出功率有所增加，藻细胞胞碳储存(糖原)被氧化分解；而在光培养阶段，藻体光合作用释放氧气限制了功率输出，胞碳储存增加[11,14]。
以上研究均在阳极室添加了电子介体HNQ(2-羟基-1,4-萘醌)，但近年来有报道指出蓝藻Synechocystis sp. PCC 6803存在纳米导线，这表明了微藻直接电子传递的可能性[15]。
Zou 等[16]利用一单室MFC 接种含藻淡水，在未添加有机底物、缓冲盐、电子介体的条件下，仅依靠光合作用产生了0.95mW/m 2(聚苯胺修饰阳极电极时)和1.3mW/m 2(聚吡咯修饰阳极电极时)的功率密度。
何辉等[17]考察了小球藻(Chlorella vulgaris )阳极产电的性能，在无电子介体的条件下输出功率密度可达11.82mW/m 2，对实际污水的COD 去除率为40%；分析电子的产生由两部分组成，一是小球藻光解水产生，二是细胞代谢光合作用产生的碳水化合物，由细胞膜外累积的细胞色素失去电子给阳极，阳极反应式如下：光合作用：2222O O CH O H CO hv +−→−+ (1)光解水：-+++−−→−e O H O H 22/1222光解 (2)代谢作用： -+++−−−−→−+e H CO O H O CH ism Microorgan44222 (3) 1.3.2.2 微藻产氢产电方式生物制氢是当今生物质能源利用中的一大研究热点。
早在1939年，Gaffron 等[18]就首次发现绿藻的产氢现象，现在已知能产氢的藻类主要为绿藻和蓝藻。
目前微藻产氢的最大障碍之一是氢气的反馈抑制作用，而利用MFC 的电化学催化作用及时将微藻产生的H 2转化成电能以降低H 2分压，减少反馈抑制作用，可以提高最终的H 2回收率。
此MFC 中H 2/H +(电极催化H 2氧化产生H +和电子)承担了电子介体的作用，将微生物细胞代谢产生的电子传递给阳极电极，1964年Berk 等[6]对这一过程进行过验证。
微藻产氢产电方式也可分为原位和异位两种。
原位产氢产电是直接在阳极室中培养微藻进行产氢，利用电极催化氧化H 2产电；异位产氢产电则是将微藻光合产氢反应器与MFC装置串联，各反应室条件进行独立控制。
Rosenbaum 等[10]用Chlamydomonas reinhardtii (莱茵衣藻)在原位产氢产电MFC 装置中提高了H 2的回收率，与传统的体积法收集相比增加了100%；最大电流为9 mA 时对应的H 2回收速率为7.6 mL/L·h(以培养室体积计)。
总体而言目前将微藻产氢与MFC 产电过程相耦合的研究报道还比较少。
微藻生物阳极产氢产电MFC 的工业化瓶颈之一在于贵金属催化电极（一般为铂电极）的使用，此种电极成本高且不稳定易中毒失活。
近来已有研究表明利用高分子传导材料可以保护铂催化剂的活性[19]，而更便宜的非贵金属催化剂碳化钨则被认为更有发展前景[20]。
1.3.2.3 藻菌协同产电方式藻菌协同产电是光合自养的微藻与异养产电的微生物一起在MFC 阳极室中光照培养，微藻光合作用产生的有机物(例如分泌的多糖)供给异养产电微生物进行氧化分解，MFC 通过这种藻菌增效的方式进行产电。