基于废水处理的微生物燃料电池的研制及基础研究

【摘要】： 微生物燃料电池(microbialfuelcell)是利用微生物的新陈代谢作用直接将营养物质转化为电能的装置。目前该领域还处于实验研究阶段，研究主要集中在如何提高微生物燃料电池的产电性能及其影响因素，为微生物燃料电池应用到实际中提供科学的依据。 本文从以下三个方面对微生物燃料电池进行了研究： 1．对微生物燃料电池的关键核心部分阳极产电微生物进行了研究，首先选择合适的菌种来源，其次研究了优势菌种的最优生长条件，如底物、温度、pH等对产电微生物的性能的影响。结果显示采用废水处理厂的废水作为菌种来源，底物为3mol/l葡萄糖，pH为5.5,温度为30℃时为其最优生长条件。培养基中加入FeCl3作为选择培养基时，1mol/L选择的产电菌产电能力较强。 2.为了达到兼顾提高微生物燃料电池的整体性能和降低其整体造价成本的目的，对微生物燃料电池的整体结构，单极室及双极室产电性能做了比较，研究了阳极电极材料碳布及多孔石墨板对微生物燃料电池产电性能的影响，并且对阴阳极的分隔膜，质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜对微生物燃料电池的产电性能的影响做了研究。结果显示采用单极室结构、阳极材料选用多孔石墨板、采用阳离子交换膜为分隔膜可以在提高微生物燃料电池性能的同时降低造价成本。 3.阳极电势决定了产电微生物的生长及代谢，在本文中我们研究了给阳极施加一个外加电势，选择产电微生物，并对产电微生物的形态、电化学活性及菌群群落结构进行了研究及施加外加电势对微生物燃料电池的启动时间的影响进行了研究。结果显示不同的阳极电势选择的产电微生物形态不同，电化学活性存在很大差异。极化曲线图显示-100mV阳极电势选择的产电菌的产电性能最高，并且可以大大缩短MFC的启动时间。CV结果则显示产电菌进行的是直接电子传递，选择的不同的菌代谢途径有所不同。SEM显示出菌的不同形态。DGGE结果显示在-200mV时只选择到一种菌，这与我们认为的若设置适当的电压，则可以筛选出纯的菌种相一致。对COD去除率的研究，我们发现去除率达到76.5％，对废水处理有很好的效果。