基于酵母菌催化的雙極室微生物燃料電池研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是利用微生物催化劑將其代謝能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有原料廣泛、反應(yīng)條件溫和、清潔高效等優(yōu)點(diǎn)，在生物質(zhì)能和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的前景。目前該領(lǐng)域仍處于實(shí)驗(yàn)階段，研究MFC的產(chǎn)電性能及影響因素，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用研究具有重要的指導(dǎo)意義。 本文針對(duì)MFC輸出功率低、成本高等問題，以酵母菌構(gòu)建雙極室微生物燃料電池，設(shè)計(jì)與搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，并從菌種、電極特性、運(yùn)行條件等方面對(duì)該電池模型的產(chǎn)電性能進(jìn)行了對(duì)比研究；進(jìn)而對(duì)

2、電池運(yùn)行影響因素進(jìn)行分析與優(yōu)化。論文的主要內(nèi)容如下： 第一章，介紹微生物燃料電池的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，講述MFC的分類及其特點(diǎn)，并闡述課題的研究?jī)?nèi)容和研究意義。 第二章，雙極室微生物燃料電池實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)MFC的產(chǎn)電機(jī)理和電子傳遞機(jī)制，確定實(shí)驗(yàn)的研究方案，設(shè)計(jì)并構(gòu)建實(shí)驗(yàn)反應(yīng)系統(tǒng)。 第三章，產(chǎn)電菌種的選擇及其產(chǎn)電性能研究。通過對(duì)基于酵母菌催化MFC的產(chǎn)電實(shí)驗(yàn)，考察酵母菌作為MFC產(chǎn)電微生物的可行性，獲得了高活性菌株

3、2.39和Y20。實(shí)驗(yàn)分析表明，酵母菌代謝產(chǎn)生的電子主要通過外界電子介體進(jìn)行傳遞；電能的輸出主要依賴于吸附在電極表面的細(xì)胞，而與懸浮在溶液中的微生物無關(guān)；產(chǎn)電菌在電化學(xué)環(huán)境中會(huì)經(jīng)歷一個(gè)類似于自然選擇的活化過程，經(jīng)過電化學(xué)活化的微生物對(duì)葡萄糖的生物電化學(xué)催化活性會(huì)有顯著的提高。 第四章，研究與分析電極特性對(duì)產(chǎn)電性能的影響。首次嘗試以常用的非貴金屬材料銅、鋁、鐵等作為陽極，并通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)陽極特性，陰極材料、表面積以及兩電極間距離等對(duì)

4、MFC的產(chǎn)電性能的影響進(jìn)行分析.結(jié)果表明，鐵陽極的電池性能最好，最大功率密度可達(dá)193mW·m-2；同時(shí)，有效地增大陽極表面積、表面粗糙度，均有利于產(chǎn)電菌的附著，提高電能輸出；陰極要選擇易于吸附氧氣和電子的材料，本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)系統(tǒng)，陰極表面積的最佳值為25cm2；當(dāng)兩極間距離在1～3cm，電池的輸出最高。 第五章，研究與分析運(yùn)行條件對(duì)產(chǎn)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究了微生物燃料電池內(nèi)燃料濃度、介體的濃度、陰陽兩極室的攪拌擴(kuò)散、PEM膜面積、