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微生物燃料电池汇报人：201*.**.**前言•THANKYOUFORYOURLISTENING1911年，Potter教授利用大肠杆菌和酵母菌实验研究，观察到有电流产生。Cohen等人利用串联的微生物燃料电池获得了35V电压，从此，微生物燃料电池引起了广泛关注。2004年，美国宾夕法尼亚大学Logan首次将微生物燃料电池（MFCS）应用于废水处理。1目录PART01PART02PART03PART04PART05MFC的基本原理影响MFC产电性能因素MFC反应器构型MFC电子传递机制结果与讨论21微生物燃料电池基本原理微生物燃料电池工作原理示意图微生物燃料电池（MicrobialFuelCells，MFCs）是一种利用微生物作为催化剂，直接将有机物的化学能转化为电能的装置。阳极上附生的微生物将有机质氧化，并将电子传递给阳极，电子通过外电路传递至阴极，并最终与氧气、质子反应生成水。32.1MFC反应器构型1两室MFC示意图两室MFC系统√MFC最早是两室系统，包含阳极室和阴极室.√阳极室含有细菌,必须密封以防氧气进入,并不断通N2以确保厌氧环境.阴极室可曝气以提供溶解氧.用铁氰化物代替溶解氧作为电子受体,最大输出功率可以提高50%～80%√它最大的缺点就是必须不断补充该电解质，成本负担高.4李登兰.微生物燃料电池构造研究进展[J].应用与环境生物学报,2008,14(1):147～1522.2MFC反应器构型2上流式MFC√PEM管合成U型.阴极室置于阳极室内.阳极为石墨棒电极,阴极为碳纸纤维电极.√该系统在以蔗糖为底物时可产生最大容积功率为29.2W/m3√上流式MFC可以使底物与细菌充分混合,从而可以提高产电量3平板式MFC√包含两个聚碳酸酯绝缘板,阳极为多孔碳纸电极,阴极为Pt的碳纸电极.PEM与阴极粘合后置于阳极上√处理生活污水的功率密度为(72±1)mW/m2√由于重力作用微生物富集于阳极上,同时可以减少内电阻,从而增大输出功率.52.3MFC反应器构型4单室MFC示意图单室MFC√阳极用碳纸电极,密封.阴极为0.5mg/cm2Pt的碳纸电极/PEM,有PEM的一面对溶液,另一面对着空气√该系统以葡萄糖作为底物的最大功率密度为(262±10)mW/m2√省略了阴极室，将阴极和质子膜压制在一起，减小了质子传递阻力，提高了阴极传质速率√缺点是氧气容易透过阴极到达到阳极室，铂属于贵金属，增加了微生物燃料电池的运行成本，6存在问题MFC不仅可以对废水进行有效处理，同时能够回收能源、降低废水处理的能耗，变废为宝，极具应用价值。但大部分MFC的研究都停留在实验室阶段，很难突破MFC技术存在的一些难题。目前，MFC的低输出功率和高造价是制约其工业化的主要影响因素。73.1影响MFC产电性能因素温度PH溶解氧离子浓度0102030405电极材料06外电阻燃料特性83.2影响MFC产电性能因素温度：随着温度↓，阴阳两极的电势均有不同程度的降低，其中阴极电势的变化大于阳极，此外温度变化对微生物也有一定的影响PH：当pH低于6.0或高于9.0时，其代谢均受到抑制，最大输出电压很低。并发现阴极电势及电池功率输出密度在酸性条件下高于中性条件溶解氧：溶解氧量会限制阴极的还原反应，从而影响功率输出。产电值随DO的增大而升高。研究发现，只要维持在3mg/L以上，对能量输出无明显影响燃料特性：以葡萄糖、葡萄糖和苯酚、苯酚3种不同的有机物作为燃料时，MFCS启动时间不同，以葡萄糖最短，仅为115h，而苯酚则需要300h左右9蒋海明.基于微生物燃料电池技术的生物传感器及其应用进展[J].中南大学学报2010,12(1):41～463.3影响MFC产电性能因素外电阻：电阻较小时，电池输出功率主要由阳极微生物代谢反应以及微生物与电极之间的电子传递速率决定的。大于300欧时，外电阻是电子向阳极传输的主要限制离子浓度：低的离子强度又会限制功率输出，但离子强度太高会杀死细菌。常用NaCl，磷酸缓冲液等。此外，AQDS可作为电子穿梭体，参与溶液中电子传递，降低电池内阻阳极：阳极作为产电微生物附着的载体，不仅影响产电微生物的附着量，同时还影响电子从微生物向阳极的传递阴极：阴极材料的表面多孔可以增大气液固三相的接触面积，有利于整个反应的运行10付进南.微生物燃料电池技术的实际应用研究进展[J].水处理技术,2014,41(4)4MFC中电子传递机制细胞-表面电子转移电子中介体转移010203纳米导线转移114.1细胞-表面电子转移机理：直接将电子从细胞内部转移到外部的中间体，通常是通过膜外细胞色素完成。并且这类产电微生物的细胞膜只有跟电极的表面相接触才能将氧化分解有机物过程中产生的电子传导到电极上12杨颖，江和龙.微生物燃料电池研究进展[J].环境科学与技术，2013，36（2）：104-109.4.2电子中介体转移机理：向阳极室加入电子中介体后，微生物燃料电池的功率会显著增大，表明电子中介体架起了微生物细胞与电极之间电子传递的桥梁，使细胞膜和电极表面连接起来形成了电子通路13王维大.微生物燃料电池的研究应用进展[J].化工进展，2014，33（5）4.3纳米导线转移机理：多种微生物都可以产生纳米导线，这些生长在微生物燃料电池阳极的细菌利用纤毛“抓”在电极表面，将有机物氧化释放出来的电子直接传递到电极145结果与讨论①MFC在处理废水时能同时利用废水中的有机物作为细菌的代谢底物释放出电子,从而产生电流。②若能大规模地回收此项电能,将可弥补水处理费用高的问题,大幅度降低废水处理的能耗。③许多问题尚待解决，如降低成本的同时增加功率输出，如何处理去污与产能的关系。④在规模化生产中，微生物面临的主要问题是高昂的启动与运行成本及如何维持较大的功率输出。15ThanksPIONEEREXCELLENCE