微生物燃料電池的基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文致力于研究在設(shè)計(jì)的各種MFC環(huán)境的條件下，使用天然淡水沉積物作為功能微生物源，由微生物燃料電池方式直接將廢棄有機(jī)質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)，對于MFC在一些條件下所表現(xiàn)出來的性能特點(diǎn)也進(jìn)行了探討，獲得了一系列有意義的結(jié)果： 1、在模擬不同自然環(huán)境條件下，使用天然淡水沉積物作為微生物源制備出淡水沉積物微生物燃料電池，其輸出性能與海洋沉積物微生物燃料電池輸出性能接近。在沉積物中加入有機(jī)物質(zhì)作為誘導(dǎo)條件時(shí)，由于加入有機(jī)物質(zhì)的性質(zhì)

2、不同和加入模式影響，電池的輸出性能表現(xiàn)出不同特點(diǎn)。 2、在雙池式微生物燃料電池的模型的建立中，使用鐵氰化鉀和空氣共同作為陰極區(qū)氧化劑，天然沉積物作為陽極區(qū)微生物源，取得了較理想的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，不加任何電子中介體，分別以葡萄糖和醋酸鈉作為底物，制備出兩種性能優(yōu)良的MFC。醋酸鈉MFC的輸出電流約0.41 mA，電子效率約80％；葡萄糖MFC的輸出電流約0.35 mA，電子效率約60％。對于MFC的電池組組裝也進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)可

3、以進(jìn)行有效的組裝來改善電能的輸出。另外，在已經(jīng)建立的以同一種有機(jī)物作為底物的平行性很好的四組MFC模型中，分別加入不同有機(jī)質(zhì)，MFC的輸出性能存在著明顯差異性，并且，使用經(jīng)過的簡易馴化(在沉積物中加入有機(jī)污染物后放置一段時(shí)間)的沉積物作為功能微生物源的提供者時(shí)，電池效果也不盡相同。 3、在系統(tǒng)地研究雙池式葡萄糖MFC中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：工作電極對于功能菌種有強(qiáng)烈的選擇和富集作用；工作溫度在35℃時(shí)，電池達(dá)到最佳的輸出性能。為了更好

4、對比文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選擇30℃作為實(shí)驗(yàn)工作溫度。在工作溫度為 30℃條件下對影響電池輸出性能因素的考察中，結(jié)果表現(xiàn)出：有效的增大陽極面積，可以減小電流密度，從而提高電池的輸出性能；陽極區(qū)陽極的位置變化對電池輸出性能的影響很??；隨著外接電阻的增大，電池的輸出電流減小，庫侖效率降低；在更換新鮮培養(yǎng)基模式下，底物濃度是控制電流輸出和電量的主要因素；在持續(xù)加入有機(jī)物質(zhì)累積模式下，由于微生物代謝作用而產(chǎn)生的中間產(chǎn)物(H+或者小分子酸)的逐漸

5、累積，MFC的輸出性能被嚴(yán)重削弱，最終導(dǎo)致MFC無效。另外，以葡萄糖MFC陽極作為工作電極，利用循環(huán)伏安的方法分別對葡萄糖MFC放電過程各個(gè)階段以及全過程進(jìn)行掃描，考察了陽極區(qū)內(nèi)電極活性物質(zhì)的產(chǎn)生及其變化特征，發(fā)現(xiàn)在電位為-0.4 V(相對于飽和甘汞電極)附近時(shí)，出現(xiàn)代表電極活性物質(zhì)的氧化還原峰，并且隨著放電過程進(jìn)行，在循環(huán)伏安圖上表現(xiàn)出氧化還原峰峰值的變化。 4、采用簡易的陰極制作方法(將石墨粉、高嶺土、硫酸高鐵粉和硫酸鎳按質(zhì)量比60

6、：36：3：1混合，煅燒制成的極板作為陰極)，覆于陰極表面的高嶺土層作為離子交換膜，填充石墨顆粒(直徑3mm)作為陽極，成功構(gòu)建出輸出性能優(yōu)異的連續(xù)式空氣陰極葡萄糖MFC，大大降低了成本。在考察陽極區(qū)溶液的流速對輸出電流影響中，發(fā)現(xiàn)隨著流速的增大，輸出電流先增大后減小，當(dāng)流速為0.2 ml/min時(shí)電池的輸出電流最大(約0.75 mA)。在苯酚對電池輸出性能影響的考察中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：僅使用苯酚作為能源時(shí)，隨著苯酚濃度增大，輸出電流逐步