微生物燃料电池产电性能的研究

性能研究
忠凯朱秀萍； 北京大学深圳研 【期刊】环境 2011-01-15
电池产电去污性能研 徐楠；倪晋仁 究生院环境与能
科学
究
源学院城市人居
环境科学与技术
重点实验室；北
京大学环境工程
系水沙科学教育
部重点实验室
14 加入多孔球形颗粒微 王晖；杨平； 四川大学建筑与 【期刊】环境 2010-02-05
生物电池的性能研究 郭勇；廖勋；
环境学院
工程学报
李小芳；汪莉
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徐州工业职业技术学院论文
15 矩形微生物燃料电池 张培远；刘中 北京工业大学传 【期刊】微生 2011-06-20
性能的分析
良
热强化与过程节 物学通报
能教育部重点实
验室及传热与能
源利用北京市重
点实验室
16 微生物燃料电池降解 赵世辉；李友 华南理工大学制 【期刊】中华 2011-03-23
典型的微生物燃料电池中物质、电子和质子的传递过程主要为：① 阳极侧有机物在微生物活性 表面发生反应释放出电子及质子的过程；② 电子透过微生物细胞膜传递到电极表面的过程（传递方式很 多）；③ 电子经由外电路传递到阴极的过程；④ 阳极侧质子（H+）通过质子交换膜传输到阴极的过程； ⑤ 阴极电子受体（O2）从本体溶液传递到阴极表面的过程；⑥ 阴极电子受体（O2）从阴极室渗透至阳 极的过程；⑦ 阳极侧燃料（废水中有机物）通过本体基质传递到微生物活性表面的过程。
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徐州工业职业技术学院论文
转变为电能的装置。微生物燃料电池技术的特点就是从微生物细菌氧化分解有机底物的自然生理代谢过 程中提取能量，生物发电。[3]从微生物燃料电池的产电过程可知，在废水中广泛存在的各种有机物以及 生物质都是微生物燃料电池潜在的燃料，这些燃料中储藏的巨大化学能都可通过微生物细菌的自然生理 代谢过程而温和的提取出来。从能源利用和环境保护的角度来看，通过微生物燃料电池这一技术既可以 达到降解水中有机污染物，净化环境的目的，同时又能够产生清洁无污染的电能。因此，微生物燃料电 池技术是一项绿色环保的电源新技术，具有很好的应用前景。该技术的发展为高效开发生物质能，合理 解决环境污染和能源匮乏问题提供了切实可行的解决方案。[4]
1.1 MFC 产电原理 在微生物燃料电池阳极侧，微生物在细胞内将可降解有机物质代谢分解，并通过呼吸链将此过程中
产生的电子通过各种直接或间接的方法传递到电池的阳极上，然后阳极上的电子经由外电路到达电池的 阴极。在阴极表面上，电子最终与电子受体（氧化剂）结合，在有机质代谢分解过程中产生的质子则在 电池内部从阳极区通过质子交换膜扩散到阴极区，从而完成整个微生物燃料电池的电子传递过程。[5]
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徐州工业职业技术学院论文
电流密度和产电功率分别为 1.7A/m2 和 0.43 W/m3。 除了利用 MFC 阴极的还原能力外，还可以利用 MFC 阳极的氧化能力，将溶解性的低价态金属
离子氧化为不溶的可回收利用的高价态金属氧化物，这是 MFC 的又一项用途。Cheng 利用 MFC 处理 采矿产生的酸矿水，研究发现在 MFC 阳极室内 Fe2+被氧化成 Fe3+，形成了不溶于水的沉淀附着在阳 极电极表面，通过优化操作参数可以发现，当 pH 为 6.3 时是产电和 Fe2+的去除的最佳条件。
MFC 的另一个重要应用是脱盐。Cao 以双极膜之间的中间腔体作为脱盐室，在运行 MFC 反应器 产电的过程中，中间腔体的盐溶液在电场作用下扩散进入两侧的阳极室和阴极室，使得脱盐室中的盐浓 度降低，脱盐 MFC 的最大功率密度为 2 W/m，一个脱盐周期的脱盐率可高达 90 %。 2.4 MFC 处理含氮废水
木素磺酸盐并同步产 明；万小芳； 浆造纸工程国家
纸业
电
莫光权
重点实验室；华
南理工大学化学
与化工学院
17 以吲哚为燃料的微生 罗勇；张仁铎； 中山大学环境科 【期刊】中国 2010-06-20
物燃料电池降解和产 李婕；李明臣； 学与工程学院
环境科学
电特性
张翠萍；刘广
立
二、文献阅读
我以微生物燃料电池处理废水为研究课题，对下载的文献进行经略阅读，选取了其中 10 篇，然后进行 细读，共花费了 9 小时将筛选出的文献阅读完毕，并从阅读的文献中摘录了一些信息，对摘录下的信息 进行分析，整理，又花了 4 小时将本篇论文完成。
最早研究报道的可被 MFC 利用获得电能的有机物主要为易降解物质，随着研究的逐渐深入，许 多传统的难降解物质也可以作为 MFC 的燃料。Morris 等采用 MFC 处理石油类污染物，最大功率密度 为 120 mW/m2，石油类污染物的去除率达到了 55 %。Wang 等将秸秆糖化混合菌群 H-C 和生活污水驯 化得到的产电菌群共培养，直接在 MFC 中降解天然秸秆，获得了 331 mW/m2 的功率输出。骆海萍等[13] 研究发现，MFC 能够利用苯酚为底物产电，功率密度为 6 mW/m2，苯酚的去除率能够达到 85 %以上。 You 报道 MFC 能够降解垃圾渗滤液中的复杂有机污染物，同时获得电能；Greenman 研究发现，MFC 对 垃圾渗滤液有较好的去除效果，BOD 的去除效率能够达到 0.81 kg BOD/(m3·d)，随着进水流量的增大， 产电量也增大，将 MFC 与生物曝气滤池进行比较发现，MFC 对垃圾渗滤液有更高的去除效率，而且 能够获的电能，节省曝气量。由于实际废水中不可避免的存在一些难降解有机物，MFC 能够利用这些 难降解有机物并产电，为 MFC 在污水处理中的实际应用提供了可能。 2.3 MFC 处理重金属废水和脱盐
利用 MFC 阴极的还原能力，将金属离子还原，得到可利用的低价态金属离子或金属单质。Huang 研究发现，通过接种 Cr6+污染的土壤微生物，成功在生物阴极型 MFC 中实现了 Cr6+的还原，当初始 Cr6+浓度为 39.2 mg/L 时，Cr6+的比还原速率为 2.4 mg/(gVSS·h)，MFC 的产电功率为 2.5 W/m3。Heijne 在双极膜 MFC 反应器中，研究了阴极 Cu2+的还原，研究结果显示，Cu2+的还原可以在好氧和缺氧条 件下进行，好氧条件下 MFC 的电流密度和产电功率分别为 3.2 A/m2 和 0.8 W/m3，缺氧条件下 MFC 的
2.0 MFC 在污水处理领域的应用 2.1 MFC 利用易降解的有机废水产电
研究发现，许多易生物降解的物质都可以被产电微生物利用作为 MFC 的燃料，这些物质既包括 纯物质如乙酸、葡萄糖等，又包括各种有机混合物如食品废水、畜禽养殖废水、城市生活污水等。在 MFC 中，有机物降解的过程如下：有机污染物以间歇或连续的方式进入 MFC 的阳极室，有机物在阳极产电 微生物的作用下被降解，产生电子和质子；电子通过外电路到达阴极，形成电流；阴极室中，电子、质 子和电子受体(通常为氧气)在催化剂的作用下反应，完成整个产电的过程。最初发现的产电菌主要有 Geobacter(地杆菌)、Shewanella(希瓦氏菌)，随着研究的深入，发现越来越多的微生物表现出产电能力， 如 Ochrobactrum(苍白杆菌)、Rhodopseudomonas(红假单胞菌)、Klebsiella(克雷伯氏菌)等。经过产电微生 物的厌氧呼吸代谢，有机物中储存的能力大部分转化为电能，剩余的一小部分供给微生物生长，因微生 物燃料电池技术的剩余污泥产生量很少，大大节省了剩余污泥的处理处置费用。 2.2 利用 MFC 处理难降解废水
中收获电能。微生物燃料电池技术作为一种集污水净化和产电为一体的创新性污水处理与能源回收技术，
具有很好的应用前景和研究价值，近年来受到研究者的广泛关注。文章综述了微生物燃料电池技术在废
水处理方面的最新研究进展，分析了 MFC 技术在环境治理领域的广阔应用前景，并进一步对 MFC 技
术的未来发展方向进行了展望。
水处理领域应用的最
陈增松
环境工程学院；
化工
新进展
嘉江市环境科学
研究所有限公司
9 微生燃料电池中产电 谢丽；马玉龙 微生物的研究进展物
宁夏大学
【期刊】宁夏 2011-07-10 农林科技
10 微生物燃料电池最新 范德玲；王利 南京工业大学国 【期刊】现代 2011-06-20
研究进展
勇；陈英文； 家生化工程技术
（4）文献汇总
序号 1
题名 产电微生物菌种的筛 选及其在微生物燃料
电池中的应用研究
作者 黄杰勋
作者单位 中国科技技术大
学
文献来源 【博文】中国 科技技术大学
发表时间 2009-11-01
2 电子中介体固体化及 其在微生物燃料电池
王凯鹏
武汉大学
【博文】武汉 2010-09-01 大学
阳极的应用
3 废水处理新概念—— 孙健；胡勇有 华南理工大学环 【期刊】工业 2008-02-28
徐州工业职业技术学院论文
微生物燃料电池产电性能的研究
专 业： 生物化工工艺 班 级： 学生姓名： 完成时间： 2017 年 4 月 1 日
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徐州工业职业技术学院论文
一、课题分析
（1）课题背景: 近年来微生物燃料电池技术在国外接连取得突破性研究成果, 并迅速成为新 概念废水处理的热点。介绍了微生物燃料电池技术的原理和特点, 系统综述了该项技术的研究 进展, 重点总结了在产电菌、系统构型与材料研究等方面的最新研究成果, 分析了存在的问题, 在此基础上指出微生物燃料电池技术研究的重点突破方向。
[关键词]
微生物燃料电池 产电原理 废水处理
0 引言
近些年来，随着社会的不断发展，人类对化石燃料，尤其是对石油和大然气的需求量不断增大，由
此引发了全球性的能源与环境危机。可再生生物能源作为一种可持续性的替代能源，及一种可降低全球
温室效应的有效途径，受到了全球科研工作者的广泛关注。主要的研究重点是发展多种高效的产电途径，
微生物燃料电池产电性能的研究
黎帅
徐州工业职业技术学院 化学工程技术学院 生化 102 班 100010913
[摘要] 微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是一种利用微生物的催化作用将有机物中的化学能
转化为电能的新型技术，将 MFC 技术应用于废水处理，不但可以处理废水，而且可以从废水的污染物
微生物燃料电池技术
境科学与工程学 用水与废水
研究进展
院；华南理工大
学环境科学与工
程学院 广州
4 功能化碳纳米管材料 在微生物燃料电池中 的应用研究
莫光权
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华南理工大学 【博文】华南 2010-09-01 理工大学
徐州工业职业技术学院论文
5 微生物燃料电池处理 强琳；袁林江； 西安建筑科技大 【期刊】水资 2010-08-15
生活污水产电特性研
丁擎
学西北水资源与 源与水工程学
究
环境生态教育重
报
点实验室
6 微生物燃料电池及介 孔磷酸锆阳极材料的
张领艳
北京工业大学 【硕士】北京 2011-06-20 工业大学
电化学研究
7 微生物燃料电池阴极 性能化及传输特性研
付乾
重庆大学
【硕士】重庆 2010-05-01 大学
究
8 微生物燃料电池在污 谢珊；欧阳科； 五邑大学化学与 【期刊】广东 2011-07-25
（2）检索工具 ⑴中国知网 ⑵Google
（3）检索策略 1.期刊论文检索 操作步骤：①打开中国知网，采用高级检索 ②以“微生物燃料电池”、“产电”和“性能”为关键词进行检索 检索结果：共检索到相关文献 6 条，通过查看题目和摘要下载了 1 篇全文 ③以“微生物燃料电池”、“产电”为关键词进行检索 检索结果：共检索到相关文献 117 条，通过查看题目和摘要下载了 16 篇全文 2.英文文献检索 操作步骤：①打开 Google，采用高级检索 ②在检索项“with all of the words ”中输入“MFC”进行检索 检索结果：共检索到相关文献 111000 条
化工
祝社民；沈树 研究中心；南京
宝
工业大学材料科
学与工程学院
11 电化学产电菌分离及 冯玉杰；李贺； 哈尔滨工业大学 【期刊】环境 2011-11-15
性能评价
王鑫；何伟华； 城市水资源与水
科学
刘尧兰
环境国家重点实
验室
12 海底微生物燃料电池 李魁忠；付玉 中国海洋大学材 【期刊】材料 2011-06-15 阳极锰盐改性及产电 彬；徐谦；赵 料科学与工程研 开发与应用
在利用可再生资源产生电能的同时没有二氧化碳的排放是大多数科研工作者梦寐以求的目标[1]。一种通
过微生物的催化作用将储存于有机化合物中的化学能直接转化为电能的微生物燃料电池技术引起了众多
研究人员的巨大兴趣。[2]
1.0 微生物燃料电池的概述
微生物燃料电池是一种利用自然界中廉价易得的微生物细菌作为生物催化剂将有机物中的化学能