沉積型微生物燃料電池的構(gòu)建及產(chǎn)電特性研究.pdf

1、21世紀(jì)全球面臨的難題之一是如何解決能源和資源的短缺。環(huán)境生物技術(shù)的研究重點(diǎn)是開發(fā)從廢水或廢棄物中回收化學(xué)品以及電能的有效生物反應(yīng)途徑。微生物燃料電池(MFC)是一個(gè)利用產(chǎn)電菌從底物獲得電能的新方法，也是目前從廢棄物或廢水中回收能量的最直接方法，具有極大的研究價(jià)值和發(fā)展空間。本文在構(gòu)建沉積型MFC(SMFC)的基礎(chǔ)上，分別從MFC結(jié)構(gòu)、陰極溶液條件和陽極微生物方面進(jìn)行了SMFC的產(chǎn)電特性研究，同時(shí)探討了所構(gòu)建SMFC體系處理藍(lán)藻的可行性

2、。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴構(gòu)建以來源于UASB厭氧反應(yīng)器的顆粒污泥作為陽極接種微生物，磷酸緩沖液為陰極溶液的沉積型MFC是可行的，顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷微生物對產(chǎn)電微生物有競爭抑制作用，加入3%體積濃度氯仿可以有效地提高產(chǎn)電量，啟動(dòng)45天內(nèi)，所構(gòu)建的SMFC的功率密度由3.0 mW/m2上升至14.1 mW/m2，加入藍(lán)藻后的SMFC產(chǎn)電功率密度達(dá)5.7mW/m2，表明沉積型MFC具有利用藍(lán)藻產(chǎn)電的潛力。
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3、陽極電極面積對SMFC產(chǎn)電功率密度影響較大，陰極面積影響程度較小，綜合考慮將電極直徑選擇為80 mm；所構(gòu)建的SMFC最佳電極間距為70 mm；陰陽兩極最佳的泥水體積比例為1:1；砂紙打磨可增大電極表面積，陰陽兩極同時(shí)打磨可提高SMFC產(chǎn)電功率密度；裝置的高徑比對產(chǎn)電同樣有影響，高徑比較小的裝置產(chǎn)電功率密度更高。通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)使SMFC產(chǎn)電功率密度增加50%。
　　 ⑶陰極液性質(zhì)對SMFC產(chǎn)電影響很大，自然狀態(tài)下溶解氧水平滿足

4、不了系統(tǒng)產(chǎn)電需要，通過曝氣和添加其他強(qiáng)氧化電子受體可以有效提高系統(tǒng)產(chǎn)電水平；陰極離子強(qiáng)度和pH值對產(chǎn)電影響符合電化學(xué)能斯特方程動(dòng)力學(xué)；整體上而言，系統(tǒng)產(chǎn)電水平越高的情況下其內(nèi)部電阻越低，內(nèi)阻反映的是從產(chǎn)生電子到通過負(fù)載所有的阻力之和。通過優(yōu)化陰極溶液，SMFC產(chǎn)電功率密度最高達(dá)373.0 mW/m2，內(nèi)阻最低降為112Ω。
　　 ⑷由于受到陽極傳質(zhì)速率的制約，在SMFC中葡萄糖和乙酸鈉產(chǎn)電效果無明顯區(qū)別，葡萄糖在陽極區(qū)域先被氧化