硫酸鹽還原菌微生物燃料電池基礎(chǔ)研究.pdf

1、微生物燃料電池是一種利用微生物新陳代謝將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物反應(yīng)器。近年來作為廢水處理的新技術(shù)和可再生能源利用的新方式，微生物燃料電池受到人們的廣泛關(guān)注。而目前硫酸鹽廢水生物處理過程中，硫酸鹽還原菌產(chǎn)生硫化氫抑制系統(tǒng)中細(xì)菌的活性，直接導(dǎo)致處理工藝的失效；且硫化氫的釋放污染空氣、危害人類健康，直接導(dǎo)致水泥和金屬的腐蝕破壞，迫切需要開發(fā)新的可持續(xù)處理技術(shù)。本研究旨在利用硫酸鹽還原菌作為活性菌構(gòu)建微生物燃料電池，處理硫酸鹽廢水、獲得電能

2、、回收資源。
　　 首先以普通碳布為陽極，載鉑碳紙為陰極，硫酸鹽還原菌為陽極活性菌構(gòu)建了單室空氣陰極微生物燃料電池。電池最大輸出功率密度為23 mW m-2(766.67mW m-3)，COD 降解率為55.6[％]。采用循環(huán)伏安法研究了硫酸鹽還原菌的電化學(xué)活性及其電子轉(zhuǎn)移過程；結(jié)合表面分析技術(shù)掃描電鏡、X-射線能譜分析及X-射線光電子能譜闡明了SRB 生物膜在碳布陽極上的電子轉(zhuǎn)移機(jī)理，即SRB 將硫酸鹽還原成為硫負(fù)離子，后者在

3、電極上被氧化成為單質(zhì)硫或聚硫，同時(shí)將電子傳遞至電極；當(dāng)電位較高時(shí)，單質(zhì)硫或聚硫也能被進(jìn)一步氧化生成亞硫酸鹽或硫酸鹽。采用交流阻抗法研究了電池陽極阻抗，并構(gòu)建等效電路模擬了吸附有生物膜陽極的阻抗構(gòu)成。
　　 另外還研究了陽極材料和陰極催化劑對(duì)電池產(chǎn)電的影響。以開路電位和陽極阻抗為參數(shù)評(píng)價(jià)了碳布、碳紙和自制聚苯胺/二氧化鈦陽極的性能，結(jié)果顯示碳紙陽極所對(duì)應(yīng)的開路電位最高、阻抗最小，顯示了其作為陽極材料的優(yōu)越性。以負(fù)載兩端外電壓和陰極

4、阻抗為參數(shù)評(píng)價(jià)了不同陰極催化劑的性能，結(jié)果表明，催化劑能顯著提高輸出電壓，極大地降低反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移電阻；而且金屬大環(huán)配合物鐵酞菁作為陰極催化劑的效果明顯優(yōu)于二氧化錳。
　　 最后以SRB 為陽極活性菌、脫氮硫桿菌為陰極活性菌構(gòu)建了雙室MFC，電池開路電位為430mV，負(fù)載1kΩ定值電阻的外電壓為100mV。采用循環(huán)伏安法證明了脫氮硫桿菌的電化學(xué)活性。X-射線光電子能譜研究了其陽極SRB的電子傳遞機(jī)理，結(jié)果與單室一致。此外采用交流