摘要：微生物燃料电池(MFC)是具有处理污水和产电双重功能的生物电化学装置,阳极作为微生物生长及收集电子的重要部件,对MFC的性能具有重要影响。针对MFC碳阳极材料的研究进展进行了综述,从传统碳阳极材料、纳米材料修饰碳阳极、元素掺杂碳阳极、表面处理碳阳极、生物炭阳极等方面对碳阳极材料的研究进行了综合介绍和展望,尝试为开发高性能MFC碳基阳极和MFC技术提供参考。

摘要：设计了一个由科研成果转化而来的本科综合实验。该实验用聚多巴胺包覆Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片提高其水氧稳定性和生物相容性,表征其显微形貌、组成和电化学性质。利用自来水厂污泥接种混合微生物,测试电池的输出电压、功率密度、化学需氧量和生物活性等。使用裸露碳布作为对照组,通过比较分析数据,探索阳极的设计规律,鼓励学生在实验中使用自制电池处理生活污水和工业污水。采取交叉互评方式,对学生实验成绩进行评定,激发学生的科研兴趣,培养学生的批判精神和解决实际问题的能力。

摘要：微生物燃料电池可将环境废水中的化学能转化为电能,并驱动和强化有机污染物降解,是生物电化学环境修复、清洁能源开发很有应用潜力的解决方案.目前,微生物燃料电池在实际应用中还存在着电池规模小、输出电能低等工程问题,成为限制其性能和规模化应用的核心瓶颈,因此需要对微生物燃料电池进行规模化放大.然而,单纯地增加单体微生物燃料电池的体积,将增加电池内阻,导致能量损失加大,限制微生物燃料电池输出功率进一步提高,不适合工程化应用.微生物燃料电池堆栈是在保持单体微生物燃料电池性能的基础上,通过将多个单体微生物燃料电池进行串并联连接,从而有效提高微生物燃料电池的输出电压、电流以及功率,是实现微生物燃料电池规模化放大的主要手段,已经广泛应用于复杂环境中低劣生物质发电、废水处理以及化学品合成等领域.本文基于微生物燃料电池堆栈的工作原理,从产电微生物、电极材料、电池结构以及电池传质等多个方面系统分析了影响微生物燃料电池堆栈性能的关键因素,总结了微生物燃料电池堆栈结构和电路管理系统的设计原理与工程技术,分析了微生物燃料电池堆栈的重点应用领域,并针对其未来的研究方向进行了展望,以促进微生物燃料电池堆栈的工业化应用.

摘要：微生物燃料电池技术利用环境友好的高活性微生物作催化剂,以降解水中有机污染物同步输出电能,受到了学术界和企业界的高度重视。如何提高微生物燃料电池的效能是目前研究的聚焦点,分隔材料的设计与选择直接影响了微生物燃料电池的整体性能。本文综述了微生物燃料电池中分隔材料研究的新进展,对比分析了不同新型分隔材料的特点、产电能力与污水处理效果及其待解决的问题,展望了微生物燃料电池分隔材料的发展方向。

摘要：设计了用于微生物燃料电池的电能采集电路。考虑微生物燃料电池输出功率小(约0.5mW),不足以直接驱动负载和升压电路,故采用电荷泵收集电池的电量作为后续直流变换电路的启动电压。以超级电容为储能元件,最终直流变换成负载需要的电压。电荷泵和升压电路之间设计了一个电子开关,根据设定的阈值能自动闭合与断开。实验显示:该电路在0.3V,0.5mA输入时就能开始运行,电子开关在2.2V时闭合,在1.6V时断开,可实现储能电容自动循环充放电,充电速度和输入电压成正比,和储能电容的大小成反比,最终电压变换成3.3V或者5V。实验结果表明:该电路适用于微生物燃料电池电能的采集,能收集污水处理时产生的电能,能间歇地为户外水质检测系统提供电能,实现了燃料电池电能的实用化。

摘要：研究自行设计的微生物燃料电池在常温常压下,以厌氧污泥为接种源,以葡萄糖为底物原料,以不同溶液作为电子受体的条件下测试其稳定运行的影响因素与工艺条件。实验结果表明:该微生物燃料电池可稳定运行约30d,并在注入新的底物后,电压又快速回升至稳定电压。以铁氰化钾溶液作为电子受体,输出电压可达0.75V,输出功率为2100mW/m^2;以高锰酸钾溶液作为电子受体,输出电压为1.023V,输出功率为2638mW/m^2。

摘要：微生物燃料电池近年来被证实可以用来同步脱氮,然而微生物燃料电池中阴阳极室通常以不同成分的污水作为底物。为了实现废水脱氮,往往需要进行出水调配或停曝等复杂的操作。为解决上述问题,本研究构建了阴极硝化耦合阳极反硝化的四室微生物燃料电池(four chamber microbial fuel cell,FC-MFC),阳极室与阴极室之间用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM)与阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)进行交替分隔。在浓度差作用下离子进行定向迁移,最终实现阳极室有机物和氨氮的同步去除。探讨了阳极COD(即进水碳氮比)对FC-MFC产电及污染物去除效果的影响,并分析FC-MFC的氮去除途径。结果表明:随着阳极室COD的增加,各MFC模块的产电周期、峰值输出电压和最大功率密度随之增加,同时阳极室COD和TN的去除率也呈上升趋势,该系统对高碳氮比污水具有良好的抵抗负荷。当进水COD和NH_(4)^(+)-N质量浓度分别为1100 mg·L^(−1)和100 mg·L^(−1)时,4个MFC模块的峰值输出电压介于526~619 mV,最大功率密度为103.47~121.00 mW·m^(−2),阳极室COD去除率和TN去除率分别高达94%和96%以上。氮去除途径分析结果表明,阳极室微生物吸附代谢作用、阴极室内源反硝化、阴极室通过AEM迁移至后序位阳极室进行反硝化过程分别贡献了25.96%~25.97%、0.91%~5.18%、68.87%~73.20%。

摘要：微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)是一种绿色能源技术,通过微生物的催化氧化代谢污水中的有机物同时产生电能,具有清洁环境和产电的双重优势,为可生物降解及可循环利用的废弃物转变成清洁能源提供了潜在的机会,在环境治理和能源利用方面表现出较好的应用前景.然而,目前相对较低的产电效率限制了MFCs的实际应用,其中阳极电极是产电微生物富集和传递电子的重要场所,与电池极化、电子导电性、生物相容性密切相关,是影响电池性能和运行成本的关键因素.碳纳米材料具有导电性好、比表面积大、孔隙率高、成本低等特点,被认为是微生物燃料电池重要的阳极材料,得到了广泛的研究和关注.本文主要从阳极电极种类、电极结构设计和电极材料改性等方面总结改善电极生物相容性、增加产电微生物附着量、提高反应活性位点的方法,并对提高产电性能的机理进行论述.最后对碳基电极材料进行展望,以期为制备高电化学活性的阳极材料提供理论指导.

摘要：微生物燃料电池(MFC)是一种新型污水处理技术,其在处理污水的同时能产生电能,引起众多研究者的关注。将MFC应用于含氮污水的处理中便形成了反硝化或同步硝化反硝化MFC系统。本文回顾了MFC生物脱氮的发展历程,并从MFC实验装置的设计构造(空间构型、电极材料、分隔材料)、影响因素(含氮污染物浓度、水力停留时间、溶解氧、碳源与碳氮比、温度、p H值、外电阻)和反硝化细菌的基因表达与多样性等3个方面进行了综述与分析,提出需要从以下方面进行MFC生物脱氮效能的强化:开发具有强电子传输能力和氨氧化催化功能的廉价高效电极材料,优化MFC脱氮的运行条件和探索不同环境下的脱氮机理,通过研究MFC阴极微生物种群构成筛选培育优势反硝化功能菌。

摘要：微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)作为一种新型能源,极具发展空间与潜力。微生物燃料电池主要有两个功能,即产电与废水中污染物的降解。将底物直接转化成电能,保证了具有高能量的转移效率,且不产生有毒有害物质,不会造成环境污染,类似于发电机而非蓄电池。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,氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合。