不同温度下微生物燃料电池的运行特性

实验采用双室型微生物燃料电池（MFC）,以生活废水中厌氧菌作为生物催化剂,葡萄糖为燃料,通过5个不同温度条件下的间歇运行,应用循环伏安、交流阻抗、极化测试等电化学方法考察温度对电池产电性能的影响。结果表明,一定温度范围内,提高温度有助于增强微生物的电化学活性,降低传荷阻抗,提高电池输出功率密度和交换电流密度。32 ℃时,电池产电效能最佳,电池功率密度和交换电流密度分别达到156.2 mW/m2和8.02×10?5 mA/m2,温度太低或太高均不利于细菌的电化学活性。体系温度为18 ℃、25 ℃、32 ℃、39 ℃、46 ℃时,传荷阻抗Rct在阳极内阻中占的比例分别为97.99%、84.02%、47.36%、91.30%、99.61%,说明传荷阻抗在阳极内阻中占绝对份额,MFC是传荷过程控制下的电化学反应体系。     

微生物燃料电池的研究进展与展望

微生物燃料电池(MFCs)作为一种新型的环境生物技术,因其能很好地将有机污染物处理和能源制备结合在一起而引起各国学者的广泛关注和研究。作者介绍了微生物燃料电池的工作原理,系统地从微生物、底物、电活性介体、电极构造、质子交换膜和反应器设计等方面阐述了微生物燃料电池的研究现状。针对微生物燃料电池今后的发展和规模化应用,提出了4个研究方向:新型阴极氧化剂的研制、MFCs过程模拟、厌氧-MFCs耦合、多个MFCs电池组性能。     

微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池的研究早在二十世纪七十年代就有开展,但是直到最近两年,随着其功率的提高才成为研究热点。其基本原理与与燃料电池相似,但可以利用更复杂的燃料(如葡萄糖,蔗糖,乙酸盐等)来产生电流,因此可以在处理污水的同时实现电力输出。文章就其基本原理,最新研究方向和在污水处理方面的应用做了简单介绍,并对其前景进行了展望。     

温度对微生物燃料电池电化学性能的影响

分别在20℃,37℃和45℃三个温度条件下以间歇方式运行大肠杆菌生物燃料电池(MFC),研究功率密度、电极电势、电化学阻抗等电化学性质随温度的变化规律.结果表明:温度从20℃提高到37℃,最大功率密度从53.35 mW/m2 (275 mA/m2)增加到610.5 mW/m2(2775 mA/m2),增长了10.5倍;同时阳极电极电势降低;且阳极电化学阻抗由741.9 Ω降低到42.4 Ω.在一定温度范围内,升高温度不仅能提高电池功率输出,而且能增强其电化学活性.但是,太高的温度反而不利于生物燃料电池的运行.45℃时的最大功率密度只有171 mW/m2(600 mA/m2),比37℃时最大功率610.5 mW/m2(2 775 mA/m2)减少72％;同时阳极电化学阻抗由42.4 Ω增加到416.1 Ω.大肠杆菌生物燃料电池在37℃时具有最佳的电化学性能.可见,温度在生物燃料电池运行中是一个非常重要的操作参数.     

微生物燃料电池运行过程中的电化学性能

取葡萄糖浓度2 000 mg/L,介体浓度1.66×10~(-1)mmol/L,考察电池长达13天运行过程中的电化学性能变化.电池启动约1.5 h后,开路电压达到最大,电池运行进入平台期.传荷阻抗由第1天的216Ω减小到第4天的76.52Ω,此时生物膜完全成熟,运行平稳且状态佳.至第13天时,传荷阻抗已经增大至1 657Ω,长期运行导致生物膜的电化学活性降低,电池产电能力大大下降.     

微生物燃料电池阳极改性修饰最新研究进展

阳极是影响微生物燃料电池性能的重要因素之一,开发简易、高效的阳极改性修饰方法对微生物燃料电池的实际应用具有关键作用。对目前微生物燃料电池阳极改性修饰的最新进展展开综述,总结了分析阳极材料的方法,并对阳极修饰方法未来发展趋势进行了展望。     

微生物燃料电池的研究进展

根据有无电子传递中间体的参与,微生物燃料电池可分为两大类：直接和间接微生物燃料电池. 简要介绍了其工作原理及发展历史,归纳了近年来国内外对这两种类型电池的研究现状,特别概括了直接微生物燃料电池的研究进展以及存在的问题和工作方向. 最后展望了微生物燃料电池的应用前景.     

微生物燃料电池最新研究进展

介绍了微生物燃料电池(MFC)的原理、组成和特点,并针对MFC功率密度过低、构造成本高等问题,从筛选优势产电微生物、改善MFC的构造、优化电极材料以及提高电子传递效率等方面进行了介绍,同时还提到了提高产电性能的各种途径,最后对MFC的发展前景进行了展望.     

负载动态变化时直接甲醇燃料电池的响应特性

直接甲醇燃料电池动态特性的研究对于实际应用来说非常重要.实验研究了直接甲醇单体燃料电池电流动态变化时电压的响应. 基于计算机控制的负载变化,得到了各种电流变化波形及不同的加载电流、放电/开路时间、加载斜率下的电池电压动态响应.结果表明电池电压对电流动态变换变化时的响应很迅速,动态运行时电池的开路电压要比稳态时的高,加载斜率对电池动态响应特性有重要影响. 电池内部电化学反应和传热传质瞬态变化的相互作用是电池动态响应的关键.     

基于广义预测控制策略的微生物燃料电池控制

针对MFC系统启动阶段输出响应不稳定以及调节时间较长的问题,结合微生物燃料电池自身特性,提出了基于广义预测控制(generalized predictive control,GPC)的微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)控制策略。与加入PID控制方法对比得知,加入GPC的MFC系统输出能够避免响应出现大幅度的抖动,且响应速度快,动态调节鲁棒性好,保证了动态输出曲线快速准确地跟踪系统设定值。在给定外电阻为恒值和醋酸盐浓度随时间阶梯变化时,通过带遗忘因子的最小二乘法进行模型辨识,将所得线性模型作为预测模型,采用GPC算法进行控制。仿真表明,GPC能在控制响应速度方面取得好的控制效果以及系统调节过程中的鲁棒性也有了较大的改善。有效地实现了对微生物燃料电池系统的动态性能以及鲁棒性能的优化,验证了所提出的算法有效可行。     

直接微生物燃料电池的影响因素

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了一个直接微生物燃料电池,并经过160h的驯化,获得最大电压为590mV(1000Ω),并考察了不同底物和催化剂对电池性能的影响。结果表明,葡萄糖的最大功率密度(669mW/m2)要高于丁二酸的最大功率密度(235mW/m2)。通过比较电极电位,发现阳极电位随外电阻的变化较大,这主要是混合菌对不同底物的利用能力存在差异,可通过选择合适的产电菌来提高丁二酸产电的性能;并以锰作为阴极催化剂,其最大输出功率密度为147mW/m2,与铂作为阴极催化剂有一定的差距,还需进一步优化催化剂配比和制备工艺。     

石墨烯/聚苯胺修饰阳极对微生物燃料电池性能的影响

纳米材料修饰阳极可显著提高微生物燃料电池（MFC）性能,本研究主要探索了石墨烯、聚苯胺和石墨烯/聚苯胺复合修饰电极对MFC产电性能的影响。使用电化学方法电镀石墨烯于碳布表面,进一步通过原位聚合法制备聚苯胺来修饰碳布电极。将修饰电极装载入双室型MFC中,测量其产电性能,并对电极进行表征,测量电化学性能。通过扫描电镜观察到, 碳布能够被修饰上石墨烯和聚苯胺,并且聚苯胺附着于碳纤维或石墨烯薄层表面,形成棒状的纳米结构。产电性能方面,装载石墨烯/聚苯胺修饰电极的MFC最大输出电压最高,达到了（291±22）mV,比装载空白碳布电极的对照组MFC提高了175%以上。石墨烯/聚苯胺电极组MFC的最大输出功率密度同样最高,达到了（653 ± 25）mW·m^-2,为空白碳布对照组的10.5倍。实验结果表明：石墨烯/聚苯胺复合修饰电极可有效利用石墨烯导电性好和聚苯胺生物相容性高的优点,显著提高MFC的产电性能。     

微生物燃料电池及其应用研究进展

简单叙述了微生物燃料电池(MFC)的基本结构及运行原理,从MFC的阳极微生物、阴极结构等方面介绍了MFC的发展现状和研究重点,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,指出进一步的研究重点应放在改善电极电化学性能、提高电池输出功率密度和降低电池成本等方面。     

微生物燃料电池处理渗滤液的研究进展

微生物燃料电池(MFCs)是一种利用微生物将燃料中的化学能直接转化为电能的理想产电装置,具有产电与废弃物处置双重功效。为探究渗滤液MFCs处置的发展趋势,简述了MFCs的原理、特点和分类,总结了该技术在渗滤液处置过程中的研究进展,提出今后渗滤液MFCs处置研究将主要集中于三方面:①微生物,阳极优势微生物的选育与驯化富集;②交换膜,寻找价格低廉、性能高的交换膜;③阴极催化剂,研制高效、稳定且廉价的阴极催化剂。     

Performance of the sulfonated poly ether ether ketone proton exchange membrane modified with sulfonated polystyrene and phosphotungstic acid for microbial fuel cell applications

In this research, the preparation of low cost proton exchange membranes (PEMs) based on sulfonated poly ether ether ketone (SPEEK) for application in the microbial fuel cells (MFCs) is studied. Sulfonated polystyrene (SPS) and phosphotungstic acid (PWA) were employed to improve the performance of PEM through the creation of more proton pathways. At first, the sulfonation of PEEK and polystyrene were performed through two modified methods to obtain uniform and high degree of sulfonation (DS) of the polymers and then, the PEMs were prepared through the solution casting method. Accordingly, the formation of uniform skin layer was confirmed by the SEM micrographs. Blending the aforementioned additives to the SPEEK polymer solution significantly enhanced the proton conductivity, water uptake and durability of the modified membranes. The proton conductivities of SPEEK/SPS and SPEEK/PWA membranes at additive/SPEEK weight ratio of 0.15 were 45.3% and 26.2% higher than that of the commercial Nafion117 membrane, respectively. Moreover, the degradation times for the abovementioned modified membranes were 140 and 350 min which indicated satisfactory oxidation stability. Besides, the aforementioned membranes exhibited two times more water uptake compared to the neat SPEEK membrane. Finally, SPEEK/SPS and SPEEK/PWA membranes produced 68% and 36% higher maximum power in the MFC, compared to the commercial Nafion117 membrane. Therefore, the fabricated PEMs are potentially suitable alternatives to be used in the fuel cell applications.     

沉积物微生物燃料电池修复水体沉积物研究进展

沉积物微生物燃料电池在修复水体沉积物的研究近年来受到广泛关注.相比较传统的原位生物修复技术,其不需要投加电子受体或供氧剂,而是以电极作为电子受体,并可在氧化有机物的同时产生一定的电能.本文详细介绍了其工作原理和特点,并阐述了阴极、阳极、电极间距、溶解氧浓度、外电阻、底物传质、微生物、水体种类对其的影响,对今后的应用和研发重点进行了展望.     

Electricity generation from terephthalic acid using a microbial fuel cell

BACKGROUND: Pure terephthalic acid (PTA) is a petrochemical product of global importance and is widely applied as an important raw material in making polyester fiber and polyethylene terephthalate (PET) bottles. In this work, a single‐chamber microbial fuel cell (MFC) was constructed using terephthalic acid (TA) with a chemical oxygen demand (COD) concentration range from 500 mg L^?1 to 3500 mg L^?1 as the electron donor and strain PA‐18 as the biocatalyst. RESLUTS: In the single chamber MFC, several factors were examined to determine their effects on power output, including COD concentration and electrode spacing. The characteristic of the strain PA‐18 was further studied. Cyclic voltammetry showed that electrons were directly transferred onto the anode by bacteria in biofilms, rather than self‐produced mediators of bacteria in the solutions. Scanning electron microscopy (SEM) observation showed that the anodic electrode surface was covered by bacteria which were responsible for electron transfer. Direct 16s‐rDNA analysis showed that the PA‐18 bacteria shared 99% 16SrDNA sequence homology with Pseudomonas sp. CONCLUSIONS: Electricity generation from TA in MFC was observed for the first time. The maximum power density produced by TA was 160 mW m^?2, lower than that achieved using domestic wastewater. This novel technology provided an economical route for electricity energy recovery in PTA wastewater treatment. High internal resistance was the major limitation. To further improve the power output, the electron transfer rate was accelerated by overexpression of membrane the protein gene of the strain PA‐18 and by reducing the electrolyte and mass transfer resistance by optimizing reactor configuration. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry