產(chǎn)電菌的分離及不同溫度下MFC產(chǎn)電特性的研究.pdf

1、微生物燃料電池（MFC）是一種利用生物質(zhì)及微生物進行電能生產(chǎn)的新型裝置。將MFC用于廢水處理，利用微生物作為催化劑將有機廢水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在廢水得以處理的同時又將能源回收利用，這對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。溫度和陽極催化劑（產(chǎn)電細菌）是影響MFC性能的重要因素，有必要對其進行深入的研究。本論文首次研究了30℃、20℃和15℃下MFC的性能，并從不同溫度的反應(yīng)器中分離了產(chǎn)電菌，對其產(chǎn)電性能進行了驗證。本實驗以單室空氣陰極微生物

2、燃料電池為研究對象，陽極為多孔碳布，以含0.35mg/cm2的Pt催化劑的防水碳布作陰極，用鈦絲連接陰陽極，在1000外電阻下運行。產(chǎn)電菌種來源于市政管網(wǎng)中的生活污水，啟動時以1g/L的葡萄糖為底物，運行穩(wěn)定后以生活污水作為唯一碳源。
　　在其他條件保持不變的前提下，30℃、20℃和15℃最大的電壓輸出分別為434.3mV、382.8mV和297.0mV，最大的能量密度分別達到367.7mW/m2、260.1mW/m2和166.0

3、mW/m2，COD去除率則分別為71.4％、67.3%和66.2%，庫倫效率分別為42.2%、25.1%和18.4%。結(jié)果表明溫度對能量密度和庫倫效率等都有明顯的影響。
　　采用兼性厭氧滾管分離技術(shù)，分別對不同溫度下穩(wěn)定運行的MFC陽極生物膜進行菌種分離，并將分離到的純菌接入滅菌的反應(yīng)器中進行產(chǎn)電性能的驗證。不添加電子受體且以營養(yǎng)肉湯為底物，分離出41株純菌。其中2株純菌（30℃No.10和20℃No.13）產(chǎn)電性能最優(yōu)，電壓分別

4、為213mV和212mV，能量密度為71.4mW/m2和67.9mW/m2。SEM觀測顯示這兩株菌，均為短桿菌，大小為幾十μm，且長有鞭毛。
　　加入檸檬酸鐵和氧化鐵作為電子受體，增強了培養(yǎng)基的營養(yǎng)配比后再次分菌，將得到的7株純菌以1g/L的葡萄糖作為底物，進行產(chǎn)電性能的驗證。其中菌株A1的最高電壓為328mV，其余6株的最高電壓均在200~250mV。B1的能量密度為228.8mW/m2，與無電子受體分離到的純菌相比，功率密度提

5、高了3倍以上。
　　利用交流阻抗法分析了純菌MFC的內(nèi)阻，結(jié)果表明各個MFC歐姆內(nèi)阻基本相同，總內(nèi)阻的差異主要來自陽極電荷轉(zhuǎn)移電阻，與純菌的產(chǎn)電性能直接相關(guān)。B1內(nèi)阻最低（802Ω），其功率密度最高（228.8mW/m2），即內(nèi)阻越低，功率密度越高。循環(huán)伏安曲線顯示氧化還原峰高、峰面積以及氧化還原電位的高低與純菌產(chǎn)電性能成正比。原子力顯微鏡照片顯示，7株純菌中有6株桿菌，1株球菌，均無鞭毛。利用氣相色譜分析細胞中的脂肪酸鑒定了產(chǎn)電