微生物燃料电池上课讲义
微生物燃料电池(MFC)
8.1 电池组成:
阳极室:
电极:碳布 介质:补充有18mM乳酸钠的M9 菌种:希瓦氏菌 MR-1
阴极室:
电极:碳布 介质:补充有50 mM K3[Fe(CN)6]的50mM KCL
质子交换膜:Nafion-117 外部电阻:2000欧姆
盐桥、纯电解液 质子交换膜:Nafion、Ultre、聚乙烯、 磺化聚丙乙烯、 聚丙胺、铂黑催化剂、MnO2、Fe3+
表1:微生物燃料电池材料
图5 具有不同代谢途径和电子传递系统的微生物
表2 MFC中使用的微生物
MFC在分别纯培养和混合培养条件下的性能比较
纯培养:
虽然这些细菌都会表现出很高的电子转移率,但是同混合培养相比,它们生长 速度缓慢,底物特异性高(主要是醋酸盐和乳酸盐),能量的转移效率相对较 低。此外,使用纯培养意味着MFC电池有被污染的持续风险。
燃料电池和微生物燃料电池的机理?燃料电池由阳极室和阴极室组由允许质子流动并限制电子流动的电解质隔开?氢气和氧气被输入到电池中?阳极上的催化剂使得氢原子释放电子产生h?氧原子在阴极吸引h?h通过电解质膜?电子通过外部导线到达阴极从而产生电流阳极
微生物燃料电池 (MICROBIAL FUEL CELL, MFC)
η = 过电位 V = 电压或电势 R = 电阻 P = 微生物燃料电池功率
Ec = 阴极的电极电位 EA = 阳极的电极电位 act = 激活 conc = 浓度
开环电路电压:
Ecell = Eemf – ηa – ηb – E △pH – Eionic – ET – Em
Eemf = 开环电路电压 ηa = 阳极过电位 ηb = 阴极过电位 E△pH = 由于阳极和阴极溶剂不同pH而导致的损失 Eionic = 运输损失 ET = 膜损失 Em = 离子损失
微生物燃料电池讲稿
大家好,大家一想到细菌可能会觉得不舒服,但是随着生物技术的发展表明,这些小家伙对我们是分外友好的,比如我今天展示的主题是关于微生物发电方面,即利用微生物将有机物中的化学燃料能直接转化成电能。
大量研究证明,微生物发电是很有潜力的。
这是我今天展示的四个部分,首先是细菌发电的技术原理,(以电池为例)一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
其基本工作原理是:在阳极室厌氧环境下,有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子,电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递,并通过外电路传递到阴极形成电流,而质子通过质子交换膜传递到阴极,氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。
与其他类型燃料电池类似,微生物燃料电池的基本结构为阴极池和阳极池。
根据阴极池结构的不同,MFC 可分为单池型和双池型2 类; 根据电池中是否使用质子交换膜,也可分为有膜型和无膜型2 类; 根据电子传递方式的不同,又可分为直接型和间接型2 类。
(其中单池型MFC 由于其阴极氧化剂直接为空气,因而无需盛装溶液的容器; 无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略了质子交换膜。
直接型MFC 采用的产电细菌具有将氧化产生的电子传递到阳极的能力。
)这张图是传统微生物燃料电池的结构图,这一张图上大家可以看到细菌在这个流程中的作用。
但是细菌并不是只有靠着电极才可以发电,但是科学家发现有些可以产生电流的细胞如地杆菌在细胞外长有长长的、纤细的丝。
试验证明细菌的这些细长的丝是它们纯天然的“电线”,实现细菌远距离发电。
常见产生电流的菌种:希瓦氏菌,铁还原红育菌,硫还原泥土杆菌这种电池的原料广泛,可以是糖类,包括葡萄糖以及果糖、蔗糖,甚至从木头和稻草中提取出来的含糖副产品的木糖等,都可以充当细菌发电的原料。
细菌发电所用的糖完全可以用诸如锯末、桔秆、落叶等废有机物的水解物来替代,也可以利用分解化学工业废物如无用聚合物来发电。
微生物燃料电池讲义
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微生物燃料电池的有效电子传递介体,应该具 备以下特性: (1)介体的氧化态易于穿透细胞膜到达细胞内 部的还原组分; (2)其氧化还原式量电位要与被催化体系的电 位匹配; (3)其氧化态不干扰其它的代谢过程; (4)其还原态应易于传过细胞膜而脱离细胞; (5)其氧化态必需是化学稳定的、可溶的,并 且在细胞和电极表面均不发生吸附; (6)其在电极上的氧化还原反应速率非常快、 且有很好的可逆性。
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电池性能制约因素:
(1)动力学因素,阳极和阴极反应活化能的因素; (2)内阻的因素,主要来自电解液的离子阻力,电极与 接触物质产生的电阻,以及PEM所产生的内电阻; (3)传递因素,反应物到微生物活性位的传质阻力和 阴极区电子最终受体的扩散。
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微生物燃料电池的应用 一、废水处理
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Thanks your !
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MFC的优点:
与常规燃料电池相比 ,MFC以微生物代替昂贵的化学 催化剂 ,因而具有更多优点: (1)燃料来源广泛 ,尤其可利用有机废水等废弃物; (2)反应条件温和 ,常温常压下即可运行; (3) 环境友好 ,所产 生的物质主要是CO2和H2O,无酸、 碱、重金属等污染物产生,无需对其产物做任何后处理; (4)因能量转化过程无燃烧步骤 ,故理论转化效率较高。
1.对材料的改性
Zeikus[3]报道了用石墨阳极固定微生物来增加电流密度, 然 后用AQDS、NQ、Mn2+、Ni2+、Fe3O4、Ni2+来改性石墨作 为阳极,结果表明,这些改性阳极产生的电流功率是平板石墨 的115~212倍。 Zhang[4]报道了在石墨中加入聚四氟乙烯( PTFE) 作为MFC 的阳极,研究表明,PTFE 的含量影响了MFC的电流产生,质量 分数为30%的PTFE可以获得的最大功率为760 mW/ m2。
微生物燃料电池之原理PPT文档79页
41、实际上,我们想要的不是针对犯 罪的法 律,而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民,就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律,法定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ,而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的,否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学,如日出之阳;壮而好学 ,如日 中之光 ;志而 好学, 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也,匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里,与其说好 的教师 是幸福 ,不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战,就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
微生物燃料电池课件共29页
surface area of the salt bridge 盐桥表面积实验
❖ When the surface area of the salt bridge in contact with anode and cathode chambers was increased from 0.4 to 15.9 cm2,an almost proportionate increase in the maximum power generation was observed. 盐桥表面积从0.4增加到15.9cm2时,最大功率增加。
❖ 这两种技术的融合,可能是未来微机械和 微型燃料电池的一个具有发展前途的方向。 例如微型的自维持型医疗器械.
2 .处理污水的微生物燃料电池
❖ 最近由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家Logan率领的一个 研发小组宣布他们研制出一种新型的微生物燃料电池。可以 把未经处理的污水转变成干净用水和电源。
❖ 在发电能力方面,据洛根称在实验室里该设备能提供的电功 率可以驱动一台小电风扇。虽然目前产生的电流不大,但该 设备改进的空间很大。洛根的研发小组已经把该燃料电池的 发电能力提高到了350W 洛根希望这一数值最终能达到 500W~1000W.
❖ 浓度为0.03mM时,最 大电流为56.7uA;最大 功率为19.2uW.
❖ 对应的功率密度和电流 密度为9.33mW/m2 和 27.59mA/m2 .
(见下图和表)
离子强度实验
❖ 然后用0.03mM的MB做下一步的实验。
❖ Similarly, maximum power was observed when 10mM NaCl concentration was used.
❖ 菌种:Enterobacter cloacae strain IIT-BT 08
四室微生物燃料电池
四室微生物燃料电池的应用场
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景
污水处理
01
污水处理
四室微生物燃料电池可用于污水处理领域,通过微生物 的代谢作用将有机物转化为电能,同时达到净化水质的 目的。
02
降低能耗
与传统的污水处理技术相比,四室微生物燃料电池具有 较低的能耗,可有效降低污水处理成本。
03
资源回收
四室微生物燃料电池在处理污水过程中产生的电能可以 用于其他用途,实现资源的回收利用。
利用四室微生物燃料电池的生物电化学性质 ,开发新型生物传感器和生物电子器件。
D
谢谢聆听
环境保护
减少温室气体排放
四室微生物燃料电池的运行过程 中不产生温室气体排放,有助于 减缓气候变化。
废弃物资源化利用
四室微生物燃料电池可将有机废 弃物转化为有用的能源,降低废 弃物的处理压力和环境污染。
生态修复
四室微生物燃料电池的应用有助 于生态环境的修复和保护,促进 生态平衡和可持续发展。
四室微生物燃料电池的研究进
化还原反应的进行,提高能量转换效率。
微生物的生长和繁殖能够持续提供反应物质,延长燃料电池的
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运行寿命。
四室微生物燃料电池的结构与工作流程
四室微生物燃料电池由四个独立反应室组成,分别为产电厌氧室、产电好 氧室、产氢厌氧室和产氢好氧室。
工作流程包括有机物在厌氧室中被厌氧菌转化为氢气,氢气随后进入好氧 室与氧气反应产生电能和水。
能源生产
可再生能源
四室微生物燃料电池作为一种生 物质能源,可利用有机废弃物作 为燃料,产生电能和热能,为可
再生能源的发展提供支持。
分布式能源
四室微生物燃料电池可以作为分布 式能源系统的一部分,为社区、建 筑物或工业园区提供电力和热能。