新型电极材料及其他因素对微生物燃料电池性能影响的探讨

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伴随经济发展,废水污染与能源短缺现象日益严重,而微生物燃料电池(MicrobiAlFuel Cells, MFC)既解决了废水处理问题,同时又产生新能源,适合持续发展的理念,因此加强对MFC影响因素的研究,改善电极材料都能在很大程度上提高MFC的产电性能。   本实验从台湾宜兰酒厂废水处理厂的污泥中获得菌源,置入自制的单槽微生物燃料电池(MFC)中,进行产电测试。首先分别以葡萄糖与乙酸钠为基质,并改变不同进流有机物的浓度(COD:300mg/L、500mg/L、700mg/L及1000mg/L),探讨基质种类与基质浓度对MFC性能的影响;改变阳极与阴极的电极距离(6 cm、9 cm、12 cm、15 cm及18 cm)来探讨其对MFC的影响;通过向基质中添加不同浓度NaCl(0mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、40mmol/L、80mmol/L、160mmol/L,320mmol/L)来探讨离子强度的影响。实验结果表明当以葡萄糖为基质,在低进流基质浓度(300CODmg/L)时有最大库伦效率8.16%,在高进流基质浓度时,产电维持时间较长;电极距离在一定范围内越短,产电越好,电极距离为9cm时有最大的功率密度73.2 Mw/m2;当添加的NaCl浓度增加到160mmol/L,系统有最大功率密度255.9 Mw/m2。   本研究分别从葡糖糖与乙酸钠混合菌的MFC阳极生物膜上获得优势菌株后进行分离纯化,获得2株乙酸钠纯菌(Acinetobacter junii、Pseudomonas plecoglossicida)及3株葡萄糖纯菌(Aeromonas punctata、Pseudomonas koreensis、Pseudomonas geniculata),实验证明该5株菌均可产电,产生的最高电压约为混合菌的1/10。此外,该五株纯菌对染料RB160具有较好的脱色行为,也表明微生物的产电与染料脱色具有内在关系。   本研究最后探讨电极材料的修饰对MFC性能的影响。讨论MCM-41/碳布、MCM-CNT/碳布、Pt/MCM-CNT/碳布、CNT/碳布、Pt/C/碳布各种电极材料对MFC的影响。实验结果表明新型复合材料(Pt/)MCM-CNT产电效能更好,具有较高的最大功率密度119.42 Mw/m2。本研究乃首次提出以MCM-41/碳布为模板制备MCM-CNT复合材料,并首次尝试应用到MFC中,且取得较好的产电效果,这说明MCM-CNT复合材料在MFC应用方面具有较好的前景。
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