微生物燃料電池的性能研究.pdf

1、隨著能源與環(huán)境問題越來越嚴重,尋找一種能夠減緩能源消耗,環(huán)境污染、能對廢物重復循環(huán)利用的清潔、環(huán)保、低碳產(chǎn)能方式顯得尤為重要。微生物燃料電池(MFC)是能夠在處理廢棄物的同時產(chǎn)生新能源的一種低能耗、環(huán)保的新型的廢物處理技術。由于MFC中微生物的存在,只要選定相應性能的微生物,MFC可以利用自然界中幾乎所有的有機物質,包括廢水中的、固體廢棄物中的有機物化合物質。MFC可以在對環(huán)境中的有機廢物還能產(chǎn)生能源,同時達到處理環(huán)境污染與減緩能源需求

2、雙重效果。
　　本論文選用了兩種不同性能的微生物:一是產(chǎn)電菌Shewanella marisflavi EP1;一是產(chǎn)氫菌Klebsiella oxytoca HP1,利用現(xiàn)有的微生物燃料電池(MFC)技術,對其所對應性能進行了研究。
　　(1)通過測定反應條件對Shewanella marisflavi EP1產(chǎn)電性能的影響,得知Shewanella marisflavi EP1產(chǎn)電過程中的最優(yōu)反應條件為:溫度范圍為25℃

3、~35℃;pH為7;離子強度范圍為4％時,其產(chǎn)電性能相對較好。通過測試常溫條件下Shewanella marisflavi EP1的產(chǎn)電性能,通過改變外接電阻的大小,據(jù)電壓與電流的關系繪制出極化曲線,得擬合直線方程為y=-925.5x+442.0(R2=0.8748),得到MFC的內(nèi)阻為925.5Ω。
　　(2)通過測定反應條件對Shewanella marisflavi EP1脫色性能的影響,得知EP1菌株的脫色過程中的最優(yōu)反應

4、條件為:離子強度為4%;pH為7;溫度為35℃;最佳碳源為蔗糖;氮源為酵母膏。同時證實了隨著無機氮源濃度的增加在一定程度上會促進脫色反應的進行;實驗同時說明了當無機氮源濃度超過一定的限制范圍,再增加其濃度,會抑制菌株的生長,降低脫色率;實驗結果還說明了隨著所添加的初始染料的濃度的增加,Shewanella marisflavi EP1的脫色效果會越來越差。
　　(3)通過測試Shewanella marisflavi EP1產(chǎn)電同

5、步降解的性能可知:脫色過程與產(chǎn)電過程雖然是同時存在的,一方面它們存在競爭的關系。因為第微生物降解基質所產(chǎn)生的電子首先是被用于產(chǎn)電,其次才會被用于脫色,脫色反應過程會被產(chǎn)電過程所延遲;另一方面也可以相互促進。
　　(4)通過測定反應條件對Klebsiella oxytoca HP1產(chǎn)氫性能的影響,可知產(chǎn)氫過程中所需要的最佳反應條件為:溫度為37℃;pH為8.0;最佳的碳源為葡萄糖;最佳的氮源為酵母膏;最佳的固定化材料是海藻酸鈉。隨著

6、溫度的升高,酶的活性增強,在一定程度上會提高產(chǎn)氫率。需要的特別說明的是,當反應的溫度過高,酶的活性就會降低或者甚至會導致其失去活性,從而使得產(chǎn)氫量下降;實驗還說明了增加碳源的濃度,會在一定程度上加快產(chǎn)氫的速率,但是,過高的碳源濃度會使?jié)B透壓升高,產(chǎn)氫量則會下降。
　　(5) Klebsiella oxytoca HP1產(chǎn)氫菌并不具有產(chǎn)電的性能。實驗證明:在MFC中利用隔膜技術,通過增大兩極室的pH梯度差,可以達到自主輸出電壓的效果