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(yán)重,尋找一種能夠減緩能源消耗,環(huán)境污染、能對廢物重復(fù)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(shù)。由于MFC中微生物的存在,只要選定相應(yīng)性能的微生物,MFC可以利用自然界中幾乎所有的有機物質(zhì),包括廢水中的、固體廢棄物中的有機物化合物質(zhì)。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(shù),對其所對應(yīng)性能進行了研究。
　　(1)通過測定反應(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(yīng)

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(yīng)的進行;實驗同時說明了當(dāng)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(jié)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(guān)系。因為第微生物降解基質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)反應(yīng)的溫度過高,酶的活性就會降低或者甚至?xí)?dǎo)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(shù),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