發(fā)布時間：2021-08-13 05:55

　　微生物燃料電池（MFC）,能利用微生物的代謝作用同步實現廢水處理與能源回收,其可持續(xù)發(fā)展理念廣受重視。但MFC的發(fā)展仍面臨很多挑戰(zhàn),例如功率輸出、穩(wěn)定性、電子利用效率低和投入成本等問題,都極大限制了其進一步發(fā)展。一直以來,單室空氣MFC構型被廣泛使用,且多采用Pt/C作為空氣陰極催化劑,但它成本較高,易被復雜溶液體系污染,單室構型雖節(jié)省了質子交換膜的使用,同時也損耗了陽極的電子利用效率;另一方面,陽極常用的碳布、碳刷等二維碳材料存在生物附著量低、傳質過程受阻、長期運行穩(wěn)定性差、價格昂貴等問題。針對上述問題,本文以廢棄的生物質（柚子皮、雞蛋殼）作為材料來源,在陰極構建了Fe₃C/WC/GC納米復合物和雞蛋殼膜（ESM）分隔材料,以提高單室MFC的功率輸出、庫倫效率及穩(wěn)定性,并有效降低MFC投入成本�；趶U棄柚子皮具有天然形成的多孔結構和含氧官能團,可以在柚子皮碳骨架上原位引入大量鐵鹽([Fe（CN）₆]^4-)和鎢鹽(WO₄^2-),在惰性氣氛下通過原位碳熱還原的方法“一步”合成Fe... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1雙室型空氣陰極MFC

但另一方面,沒有分隔膜的使用,也造成一定問題,例如在空氣陰極附近,氧氣會逐漸通過陰極表面擴散到溶液體系中,導致陽極微生物產生的電子利用效率下降;同時因為陰、陽極區(qū)的底物相互擴散交叉污染,影響陰極催化劑界面的反應效率,會導致MFC性能有所下降。針對單室空氣MFC存在問題,一般利用PTFE調控空氣陰極防水擴散層厚度,改善氧氣的擴散,但同時也容易造成陰極界面氧氣傳質受阻,影響陰極性能。單室空氣MFC反應器具有獨特的優(yōu)勢,是目前應用最廣泛的反應器構型之一,為了進一步增強其產電性能,從提高電極界面反應出發(fā),將針對單室型空氣陰極MFC存在的一些問題與不足,展開后續(xù)研究。MFC研究正處于發(fā)展期,是一項具有潛在應用價值的綠色能源技術。與其它燃料電池相比具有一定優(yōu)勢,MFC除了在理論上具有較高的能量轉化效率,還擁有許多獨特優(yōu)點:1)原料來源廣泛。大自然中存在多種多樣的微生物群體可用來代謝產電,還有大量種類復雜的廢棄無機物及有機物可作為基底燃料供給微生物生長代謝,從偶氮染料、脂肪酸、苯酚等[24,25]難降解有機物到實際生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等等[26,27],均可被MFC用作底物進行去除的同時產電;2)系統(tǒng)運行簡便,條件溫和。以微生物酶為主的生物催化劑在常溫常壓、中性pH條件下就能夠維持良好的催化活性;3)產物清潔。僅利用空氣中的氧氣作為電子受體,反應產物為H2O,陽極氧化有機物形成最終產物是CO2和H2O,屬于清潔產物,不需要后續(xù)處理工藝,屬于真正意義的“綠色技術”;4)應用廣泛。除了處理各種不同類型的廢水外,還可將其產生的電能回收并應用在一些特殊環(huán)境。由于它具有良好的生物相容性,可以利用人體血液循環(huán)過程中的代謝產物和氧氣作為燃料,產生電能并供給植入人體內的人造器官或者用作生物傳感器等[28]。

除了上述的納米導線直接傳遞電子外,研究表明還存在種間電子傳遞,Gorby等[34]發(fā)現Pelotomaculum thermos-propionicum會產生較粗的類似傘毛的納米導線,在共培養(yǎng)基中這些納米導線會將發(fā)酵細菌和甲烷細菌連接在一起,促進種間的電子傳遞,能夠增強種間共生代謝過程,目前關于納米導線促進EET的研究仍需獲得更多的信息。(2)細胞-表面電子傳遞

【參考文獻】：
期刊論文
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