国产在线中文字幕亚洲,一区视频国产精品观看,欧美日韩国产高清片,久久久久久AV无码免费网站,亚洲无码一二三四五区,日韩无码www.,sese444

您好,歡迎來到維庫電子市場網(wǎng) 登錄 | 免費(fèi)注冊

微生物燃料電�
閱讀�3797�(shí)間:2017-10-28 09:32:03

  微生物燃�電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種利用微生物將有�(jī)物中的化�(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝�。其基本工作原理是:在陽極室厭氧�(huán)境下,有�(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)�,電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間�(jìn)行有效傳�,并通過外電路傳遞到陰極形成電流,而質(zhì)子通過�(zhì)子交換膜傳遞到陰�,氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與�(zhì)子結(jié)合成��

解析

  根據(jù)電子傳遞方式�(jìn)行分類,微生物燃料電池可分為直接的和間接的微生物燃料電池。所謂直接的是指燃料在電極上氧化的同�(shí),電子直接從燃料分子�(zhuǎn)移到電極,再由生物催化劑直接催化電極表面的反�(yīng),這種反應(yīng)在化�(xué)中成為氧化還原反�(yīng)�
  如果燃料是在電解液中或其它處所反應(yīng),電子通過氧化還原介體傳遞到電極上的電池就稱為間接微生物燃料電�。根�(jù)電池中是否需要添加電子傳遞介體又可分為有介體和無介體微生物燃料電��

分類

  向微生物燃料電池中添加的介體主要有兩種:類是人工合成的介體,主要是一些染料類的物�(zhì),如吩嗪、吩噻嗪、靛酚、硫堇等�。這些介體必須滿足一定的條件�
  (1) 能穿透�(jìn)入微生物的細(xì)胞內(nèi)�(fā)生氧化反�(yīng)�
  (2) 非常容易得電��
  (3) 在被還原之前能快速離開微生物�(xì)��
  (4) 在陽極表面有很好的電化學(xué)活��
  (5) �(wěn)定性好�
  (6) 在陽極電解液中是可溶��
  (7) 對微生物沒有毒性;
  (8) 不會(huì)被微生物代謝�。第二類是某些微生物自身可以合成介體,如Pseudomonas aeruginosastrainKRP1能夠合成綠膿菌素和吩�-1-甲酰胺等物質(zhì),它合成的介體不光自己可以使�,其它的微生物也可以利用它產(chǎn)生的介體傳遞電子�
  作用原理
  參與傳遞電子的介體與微生物和陽極之間的作用形式有三種�
  (1) 微生物將氧化還原反應(yīng)�(chǎn)生的電子直接傳遞給溶解在溶液中的介體,介體再將電子傳遞給電極�
  (2)介體能�(jìn)入到微生物體�(nèi),參加反�(yīng)被還原,從微生物體內(nèi)出來后再將電子傳遞給電極�
  (3) 微生物吸附在電極表面,它將反�(yīng)�(chǎn)生的電子傳遞給在�(xì)胞表面的介體,再通過介體傳遞給電��
  �(yōu)�
  與現(xiàn)有的其它利用有機(jī)物產(chǎn)能的技�(shù)相比,微生物燃料電池具有操作上和功能上的�(yōu)勢: 首先,它將底物直接轉(zhuǎn)化為電能,保證了具有高的能量�(zhuǎn)化效�� 其次,不同于�(xiàn)有的所有生物能處理,微生物燃料電池在常溫環(huán)境條件下能夠有效�(yùn)�� 第三,微生物燃料電池不需要�(jìn)行廢氣處�,因?yàn)樗a(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳,一般條件下不具有可再利用的能量� 第四,微生物燃料電池不需要輸入較大能�,因?yàn)槿羰菃问椅⑸锶剂想姵貎H需通風(fēng)就可以被�(dòng)的補(bǔ)充陰極氣�� 第五,在缺乏電力基礎(chǔ)�(shè)施的局部地區(qū),微生物燃料電池具有廣泛�(yīng)用的潛力,同�(shí)也擴(kuò)大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣��

生物技�(shù)

  作用原理
  微生物燃料電池(MFCs)提供了從可生物降解�、還原的化合物中維持能量�(chǎn)生的新機(jī)�(huì)。MFCs可以利用不同的碳水化合物,同�(shí)也可以利用廢水中含有的各種復(fù)雜物�(zhì)。關(guān)于它所涉及的能量代謝過程,以及�(xì)菌利用陽極作為電子受體的本質(zhì),目前都只有極其有限的信息;還沒有建立關(guān)于其中電子傳遞機(jī)制的清晰理論。倘若要優(yōu)化并完整的發(fā)展MFCs的產(chǎn)能理論,這些知識(shí)都是必須的。依�(jù)MFC工作的參�(shù),細(xì)菌使用著不同的代謝通路。這也決定了如何選擇特定的微生物及其對�(yīng)的不同的性能。在�,我們將討論�(xì)菌是如何使用陽極作為電子傳遞的受�,以及它們產(chǎn)能輸出的能力。對MFC技�(shù)的評�(jià)是在與目前其它的�(chǎn)能途徑比較下作出的�
  微生物燃料電池并不是新興的東西,利用微生物作為電池中的催化劑這一概念從上�(gè)世紀(jì)70年代就已存在,并且使用微生物燃料電池處理家庭污水的設(shè)想也�1991年實(shí)�(xiàn)。但�,經(jīng)過提升能量輸出的微生物燃料電池則是新生的,為這一事物的實(shí)際應(yīng)用提供了可能的機(jī)�(huì)�
  MFCs將可以被生物降解的物�(zhì)中可利用的能量直接轉(zhuǎn)化成為電能。要�(dá)到這一目的,只需要使�(xì)菌從利用它的天然電子傳遞受體,例如氧或者氮,轉(zhuǎn)化為利用不溶性的受體,比如MFC的陽�。這一�(zhuǎn)換可以通過使用膜聯(lián)組分或者可溶性電子穿梭體來實(shí)�(xiàn)。然后電子經(jīng)由一�(gè)電阻器流向陰�,在那里電子受體被還�。與厭氧性消化作用相�,MFC能產(chǎn)生電流,并且生成了以二氧化碳為主的廢��
  與現(xiàn)有的其它利用有機(jī)物產(chǎn)能的技�(shù)相比,MFCs具有操作上和功能上的�(yōu)�。首先它將底物直接轉(zhuǎn)化為電能,保證了具有高的能量�(zhuǎn)化效�。其次,不同于現(xiàn)有的所有生物能處理,MFCs在常�,甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運(yùn)�。第�,MFC不需要�(jìn)行廢氣處�,因?yàn)樗a(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳,一般條件下不具有可再利用的能量。第�,MFCs不需要能量輸�,因?yàn)閮H需通風(fēng)就可以被�(dòng)的補(bǔ)充陰極氣�。第�,在缺乏電力基礎(chǔ)�(shè)施的局部地區(qū),MFCs具有廣泛�(yīng)用的潛力,同�(shí)也擴(kuò)大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性�
  微生物燃料電池中的代�
  為了衡量�(xì)菌的�(fā)電能�,控制微生物電子和質(zhì)子流的代謝途徑必須要確定下�。除去底物的影響之外,電池陽極的勢能也將決定�(xì)菌的代謝。增加MFC的電流會(huì)降低陽極電勢,導(dǎo)致細(xì)菌將電子傳遞給更具還原性的�(fù)合物。因此陽極電勢將決定�(xì)菌最終電子穿梭的氧化還原電勢,同�(shí)也決定了代謝的類�。根�(jù)陽極勢能的不同能夠區(qū)分一些不同的代謝途徑:高氧化還原氧化代謝,中氧化還原到低氧化還原的代�,以及發(fā)�。因�,目前報(bào)道過的MFCs中的生物從好氧型、兼性厭氧型到嚴(yán)格厭氧型的都有分布�
  在高陽極電勢的情況下,細(xì)菌在氧化代謝�(shí)能夠使用呼吸�。電子及其相伴隨的質(zhì)子傳遞需要通過NADH脫氫�、泛�、輔酶Q或細(xì)胞色�。Kim等研究了這條通路的利用情�。他們觀察到MFC中電流的�(chǎn)生能夠被多種電子呼吸鏈的抑制劑所阻斷。在他們所使用的MFC�,電子傳遞系�(tǒng)利用NADH脫氫�,F(xiàn)e/S(鐵/硫)蛋白以及醌作為電子載�,而不使用電子傳遞鏈的2�(hào)位點(diǎn)或者末端氧化酶。通常觀察到,在MFCs的傳遞過程中需要利用氧化磷酸化作用,導(dǎo)致其能量�(zhuǎn)化效率高�(dá)65%。常見的�(shí)例包括假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa�,微腸球菌(Enterococcusfaecium)以及Rhodoferaxferrireducens�
  如果存在其它可替代的電子受體,如硫酸�,會(huì)�(dǎo)致陽極電勢降低,電子則易于沉積在這些組分�。當(dāng)使用厭氧淤泥作為接種體時(shí),可以重�(fù)性的觀察到沼氣的產(chǎn)�,提示在這種情況下細(xì)菌并未使用陽�。如果沒有硫酸鹽、硝酸鹽或者其它電子受體的存在,如果陽極持�(xù)維持低電勢則�(fā)酵就成為此時(shí)的主要代謝過�。例如,在葡萄糖的發(fā)酵過程中,涉及到的可能的反應(yīng)是:C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2�6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明,從理論上說,六碳底物中最多有三分之一的電子能夠用來產(chǎn)生電�,而其它三分之二的電子則保存在�(chǎn)生的�(fā)酵產(chǎn)物中,如乙酸和丁酸鹽??傠娮恿康娜种挥脕戆l(fā)電的原因在于氫化酶的性質(zhì),它通常使用這些電子�(chǎn)生氫�,氫化酶一般位于膜的表面以便于與膜外的可活�(dòng)的電子穿梭體相接�,或者直接接觸在電極�。同重復(fù)觀察到的現(xiàn)象一�,這一代謝類型也預(yù)示著高的乙酸和丁酸鹽的產(chǎn)�。一些已知的制造發(fā)酵產(chǎn)物的微生物分屬于以下幾類:梭菌屬(Clostridium�,產(chǎn)堿菌(Alcaligenes),腸球菌(Enterococcus),都已�(jīng)從MFCs中分離出�。此�,在�(dú)立發(fā)酵實(shí)�(yàn)�,觀察到在無氧條件下MFC富集培養(yǎng)�(shí),有豐富的氫氣產(chǎn)�,這一�(xiàn)象也�(jìn)一步的支持和驗(yàn)證這一通路�
  �(fā)酵的�(chǎn)�,如乙酸,在低陽極電勢的情況下也能夠被諸如泥菌屬等厭氧菌氧化,它們能夠在MFC的環(huán)境中奪取乙酸中的電子�
  代謝途徑的差異與已觀測到的氧化還原電勢的�(shù)�(jù)一�,為我們一窺微生物電動(dòng)力學(xué)提供了一�(gè)深入的窗�。一�(gè)在外部電阻很低的情況下運(yùn)�(zhuǎn)的MFC,在剛開始在生物量積累時(shí)期只�(chǎn)生很低的電流,因此具有高的陽極電勢(即低的MFC電池電勢�。這是對于兼性好氧菌和厭氧菌的選擇的�(jié)果。經(jīng)過培�(yǎng)生長,它的代謝轉(zhuǎn)換率,體�(xiàn)為電流水�,將升高。所�(chǎn)生的這種適中的陽極電勢水平將有利于那些適�(yīng)低氧化的兼性厭氧微生物生長。然而此�(shí),專性厭氧型微生物仍然會(huì)受到陽極倉內(nèi)存在的氧化電勢,同時(shí)也可能受到跨膜滲透過來的氧氣影響,而處于生長受抑的狀�(tài)。如果外部使用高電阻�(shí),陽極電勢將�(huì)變低,甚至只維持微弱的電流水平。在那種情況�,將只能選擇適應(yīng)低氧化的兼性厭氧微生物以及專性厭氧微生物,使對細(xì)菌種類的選擇的可能性被局限了�
  MFC中的陽極電子傳遞�(jī)�
  電子向電極的傳遞需要一�(gè)物理性的傳遞系統(tǒng)以完成電池外部的電子�(zhuǎn)�。這一目的既可以通過使用可溶性的電子穿梭�,也可以通過膜結(jié)合的電子穿梭�(fù)合體�
  氧化性的、膜�(jié)合的電子傳遞被認(rèn)為是通過組成呼吸鏈的�(fù)合體完成的。已知細(xì)菌利用這一通路的例子有Geobactermetallireducens、嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)以及Rhodoferaxferrireducens。決定一�(gè)組分是否能發(fā)揮類似電子門控通道的主要要求在�,它的原子空間結(jié)�(gòu)相位的易接近性(即物理上能與電子供體和受體發(fā)生相互作用)。門控的勢能與陽極的高低�(guān)系則將決定實(shí)際上是否能夠使用這一門控(電子不能傳遞給一�(gè)更還原的電極)�
  MFCs中鑒定出的許多發(fā)酵性的微生物都具有某一種氫化酶,例如布氏梭菌和微腸球菌。氫化酶可能直接參加了電子向電極的轉(zhuǎn)移過�。最�,這一�(guān)于電子傳遞方法的�(shè)想由McKinlay和Zeikus提出,但是它必須�(jié)合可移動(dòng)的氧化穿梭體。它們展示了氫化酶在還原�(xì)菌表面的中性紅的過程中扮演了某一角色�
  �(xì)菌可以使用可溶性的組分將電子從一�(gè)�(xì)胞(�(nèi))的化合物轉(zhuǎn)移到電極的表�,同�(shí)伴隨著這一化合物的氧化。在很多研究�,都向反�(yīng)器中添加氧化型中間體比如中性紅,勞氏紫(thionin)和甲基紫蘿堿(viologen�。經(jīng)�(yàn)表明這些中間體的添加通常都是很關(guān)鍵的。但�,細(xì)菌也能夠自己制造這些氧化中間�,通過兩種途徑:通過制造有�(jī)�、可以被可逆的還原化合物(次級(jí)代謝物),和通過制造可以被氧化的代謝中間物(初�(jí)代謝物)�
  種途徑體現(xiàn)在很多種類的�(xì)菌中,例如腐敗謝瓦納拉菌(Shewanellaputrefaciens)以及銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa�。近期的研究表明這些微生物的代謝中間物影響著MFCs的性能,甚至普遍干擾了胞外電子的傳遞過�。失活銅綠假單胞菌的MFC中的這些與代謝中間體�(chǎn)生相�(guān)的基�,可以將�(chǎn)生的電流單獨(dú)降低到原來的二十分之一。由一種細(xì)菌制造的氧化型代謝中間體也能夠被其他種類的細(xì)菌在向電極傳遞電子的過程中所利用�
  通過第二種途徑�(xì)菌能夠制造還原型的代謝中間體——但還是需要利用初�(jí)代謝中間物——使用代謝中間物如Ha或者HgS作為媒介。Schroder等利用E.coliK12�(chǎn)生氫�,并將浸泡在生物反應(yīng)器中的由聚苯胺保�(hù)的鉑催化電極處�(jìn)行再氧化。通過這種方法他們獲得了高達(dá)1.5mA/cm2(A,安培)的電流密�,這在之前是做不到。相似的,Straub和Schink�(fā)表了利用Sulfurospirillumdeleyianum將硫還原至硫化物,然后再由鐵重氧化為氧化程度更高的中間物�

性能參數(shù)

  使用微生物燃料電池產(chǎn)生的功率大小依賴于生物和電化�(xué)這兩方面的過��
  底物�(zhuǎn)化的速率
  受到如下因素的影�,包括細(xì)菌細(xì)胞的總量,反�(yīng)器中混合和質(zhì)量傳遞的�(xiàn)象,�(xì)菌的�(dòng)力學(xué)(p-max——細(xì)菌的種屬特異性生長速率,Ks——細(xì)菌對于底物的親和常數(shù)�,生物量的有�(jī)�(fù)荷速率(每天每克生物量中的底物克數(shù)�,質(zhì)子轉(zhuǎn)�(yùn)中的�(zhì)子跨膜效�,以及MFC的總電勢�
  陽極的超極化
  一般而言,測量MFCs的開放電路電勢(OCP)的值從750mV~798mV。影響超極化的參�(shù)包括電極表面,電極的電化�(xué)性質(zhì),電極電勢,電極�(dòng)力學(xué)以及MFC中電子傳遞和電流的機(jī)��
  陰極的超極化
  與在陽極觀測到的現(xiàn)象相�,陰極也具有顯著的電勢損�。為了糾正這一�(diǎn),一些研究者們使用了赤血鹽(hexacyanoferrate)溶�。但�,赤血鹽并不是被空氣中的氧氣完全重氧化�,所以應(yīng)該認(rèn)為它是一�(gè)電子受體更甚于作為媒�。如果要�(dá)到可持續(xù)狀�(tài),MFC陰極是開放性的陰極�

�(zhuǎn)�(yùn)性能

  市場性能
  目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—質(zhì)子轉(zhuǎn)換膜(PEMs)。然�,Nafion—膜對于(生物)污染是很敏感的,例如�。而目前的�(jié)果來自于使用Ultrex陽離子交換膜。Liu等不用使用膜,而轉(zhuǎn)用碳紙作為隔離物。雖然這樣做顯著降低了MFC的內(nèi)在電阻,但是,在有陽極電解液組分存在的情況下,這一類型的隔離物�(huì)刺激陰極電極的生�,并且對于陰極的催化劑具有毒�。而且目前尚沒有可信的,關(guān)于這些碳紙-陰極系統(tǒng)在一段時(shí)期而不是短短幾天內(nèi)的穩(wěn)定性方面的�(shù)�(jù)�
  MFC的內(nèi)在電�
  這一參數(shù)既依賴于電極之間的電解液的電阻值,也決定于膜電阻的阻值(Nafion—具有的電阻�。對于化的運(yùn)�(zhuǎn)條件,陽極和陰極需要盡可能的相互接�。雖然質(zhì)子的遷移�(huì)顯著的影響與電阻相關(guān)的損�,但是充分的混合將使這些損失最小化�
  性能的相�(guān)�(shù)�(jù)
  在平均陽極表面的功率和平均MFC反應(yīng)器容積單位的功率之間,存在著明顯的差�。表2提供了目前為止報(bào)道過的與MFCs相關(guān)的最重要的的�(jié)�。大部分的研究結(jié)果都以電極表面的mA/m以及mW/m2兩種形式表示功率輸出的值,是根�(jù)傳統(tǒng)的催化燃料電池的描述格式衍生而來�。其中后一種格式對于描述化�(xué)燃料電池而言可能已經(jīng)是充分的,但是MFCs與化�(xué)燃料電池具有本質(zhì)上的差異,因?yàn)樗褂玫拇呋瘎�?xì)菌)具有特殊的條件要�,并且占�(jù)了反�(yīng)器中特定的體�,因此減少了其中的自由空間和孔隙的大小。每一�(gè)研究都參照了以下參數(shù)的特定的組合:包括反�(yīng)器容�、質(zhì)子交換膜、電解液、有�(jī)�(fù)荷速率以及陽極表面。但僅從這一�(diǎn)出發(fā)要對這些�(shù)�(jù)作出橫向比較很困�。從技�(shù)的角度來�,以陽極倉內(nèi)容積(液體)所�(chǎn)生的瓦特/立方米(Watts/m3)為單位的形�,作為反�(yīng)器的性能比較的一�(gè)基準(zhǔn)還是有幫助的。這一單位使我們能夠橫向比較所有測試過的反�(yīng)�,而且不僅僅局限于已有的研�,還可以拓展到其它已知的生物�(zhuǎn)化技�(shù)�
  此外,在反應(yīng)器的庫侖效率和能量效率之間也存在著顯著的差異。庫侖效率是基于底物�(shí)際傳遞的電子的總量與理論上底物應(yīng)該傳遞的電子的總量之間的比值來�(jì)�。能量效率也是電子傳遞的能量的提示,并結(jié)合考慮了電壓和電流。如�2中所�,MFC中的電流和功率之間的�(guān)系并非總是明確的。需要強(qiáng)�(diào)的是在特定電勢的條件下電子的傳遞速率,以及操作參�(shù),譬如電阻的�(diào)�。如果綜合考慮這些參數(shù)的問題的話,必須要確定是庫侖效率(如對于廢水處理)還是能量效率(如對于小型電池)才是最終目�(biāo)。目前觀測到的電極表面功率輸出從mW/m2~w/m2都有分布�
  美國賓夕法尼亞州立大�(xué)�(huán)境工程系教授Bruce Logan的研究組正在嘗試開發(fā)微生物燃料電�,可以把未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈的水,同�(shí)�(fā)�。無論對�(fā)展中國家還是�(fā)�(dá)國家,這項(xiàng)“一舉兩得”的技�(shù)都相�(dāng)誘人。更誘人的是,據(jù)美國國家自然科學(xué)基金�(huì)(NSF)網(wǎng)站消息,該項(xiàng)技�(shù)未來還可能實(shí)�(xiàn)海水淡化,成為“一舉三得”的技�(shù)�

�(yōu)�

  生物�(yōu)化提示我們應(yīng)該選擇合適的�(xì)菌組合,以及促使�(xì)菌適�(yīng)反應(yīng)器內(nèi)�(yōu)化過的環(huán)境條�。雖然對�(xì)菌種子的選擇將很大程度上決定�(xì)菌增殖的速率,但是它并不決定這一過程�(chǎn)生的最終結(jié)�(gòu)。使用混合的厭氧-好氧型淤泥接種,并以葡萄糖作為營�(yǎng)�,可以觀察到�(jīng)過三�(gè)月的微生物適�(yīng)和選擇之�,細(xì)菌在將底物轉(zhuǎn)換為電流的速率上有7倍的增長。如果提供更大的陽極表面供細(xì)菌生長的�,增長會(huì)更快�
  批處理系�(tǒng)使能夠制造可溶性的氧化型中間體的微生物的積累成為了可能。持�(xù)的系�(tǒng)性選擇能形成生物被膜的種�,它們或者能夠直接的生長在電極上,或者能夠通過生物被膜的基�(zhì)使用可移�(dòng)的穿梭分子來傳遞電子�
  通過向批次處理的陽極中加入可溶性的氧化中間體也能達(dá)到技�(shù)上的�(yōu)化:MFCs中加入氧化型代謝中間體能夠持�(xù)的改善電子傳�。對這些代謝中間體的選擇到目前為止還僅僅是出于經(jīng)�(yàn)性的,而且通常只有低的中間體電�,在�(shù)值約�300mV或者還原性更高的�(shí)�,才�(rèn)為是值得考慮的。應(yīng)該選擇那些具有足夠高的電勢的氧化中間�,才能夠使細(xì)菌對于電極而言具有足夠高的流通速率,同�(shí)還需參考是以高庫侖效率還是以高能量效率為主要目�(biāo)�
  一些研究工作者們已�(jīng)開發(fā)了改�(jìn)型的陽極材料,是通過將化�(xué)催化劑滲透�(jìn)原始材料制成�。Park和Zeikus使用錳修飾過的高嶺土電極,產(chǎn)生了高達(dá)788mW/m2的輸出功�。而增加陽極的特殊表面將導(dǎo)致產(chǎn)生更低的電流密度(因此反過來降低了活化超極化)和更多的生物薄膜表�。然而,這種方法存在一�(gè)明顯的局�,微小的孔洞很容易被被細(xì)菌迅速堵�。被切斷食物供應(yīng)的細(xì)菌會(huì)死亡,因此在它溶解前反而降低了電極的活化表�??傊档突罨瑯O化和�(nèi)源性電阻值將是影響功率輸出的最主要因素�

核心技�(shù)

  污物�(qū)�(dòng)的應(yīng)用在于能夠顯著的移除廢棄的底�。目�,使用傳�(tǒng)的好氧處理時(shí),氧化每千克碳水化合物就需要消�1 kWh的能量。例�,生活污水的處理每立方米需要消�0.5 kWh的能量,折算后在這一�(xiàng)上每人每年需要消耗的能源約為30 kWh。為了解決這一問題,需要開�(fā)一些技�(shù),特別是針對高強(qiáng)度的廢水。在這一�(lǐng)域中常用的是Upflow Anaerobic Sludge Blanket反應(yīng)�,它�(chǎn)生沼�,特別是在處理濃縮的工業(yè)廢水�(shí)。UASB反應(yīng)器通常以每立方米反�(yīng)器每�10~20 kg化學(xué)需氧量的負(fù)荷速率處理高度可降解性的廢水,并且具有(帶有一�(gè)燃燒引擎作為�(zhuǎn)換器�35%的總電力效率,意味著反應(yīng)器功率輸出為0.5~1 kW/m3。它的效率主要決定于燃燒沼氣�(shí)損失的能�。未來如果發(fā)展了比現(xiàn)有的能更有效的氧化沼氣的化學(xué)染料電池的話,很可能能夠獲得更高的效��
  能夠�(zhuǎn)化具有積極市場價(jià)值的某種定性底物的電池,譬如葡萄糖,將以具有高能量效率作為首要目標(biāo)。雖然MFCs的功率密度與諸如甲醇�(qū)�(dòng)的FCs相比是相�(dāng)?shù)�?,但是對于這項(xiàng)技�(shù)而言,以底物安全性為代表的多功能性是它的一�(gè)重要�(yōu)勀�
  全面的看,作為一種參�,以高速率的厭氧消化手段從生物量中重獲能量的資本支出約為安裝每百萬瓦生�(chǎn)量花�(fèi)100萬瓦。后一�(shù)值也同樣適用于通過傳統(tǒng)的燃燒途徑、風(fēng)力渦輪機(jī)以及化學(xué)染料電池等方法利用化石燃料產(chǎn)�。因此這一手段也處于競爭之�。何況目�,微生物燃料電池尚未�(dá)到這一水準(zhǔn)的功率輸�。負(fù)荷速率為每天每立方米反�(yīng)�0.1~10 kg的化�(xué)需氧量�(shí),可以認(rèn)為實(shí)際上能達(dá)到的功率輸出�0.01~1.25 kW/m3之間。然�,對于好氧的處理過程,觀察到的生長速率為消耗每克有�(jī)底物�(chǎn)�0.4克生物量生成,而對于厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的過程這一速率理論上僅�0.077。基于MFC過程的本�(zhì),其�(chǎn)量應(yīng)該介于這兩種代謝類型之間。觀察到的以葡萄糖飼喂的MFCs的生長速率�0.07~0.22之間。由于廢水處理設(shè)備中淤泥處理的花�(fèi)多達(dá)每噸干物�(zhì)500,這一�(shù)量的減少對于該過程的�(jīng)�(jì)平衡具有重要的提示意��
  有效的設(shè)�(jì)和操作能夠創(chuàng)造一種技�(shù)平臺(tái),能夠在多種�(lǐng)域運(yùn)用而不需要�(jìn)行本�(zhì)上的修改。除了經(jīng)�(jì)方面,MFCs已經(jīng)展現(xiàn)了支柱性的核心技�(shù)的姿�(tài)。它們在低的和適中的溫度下能有效的產(chǎn)生能量并�(zhuǎn)化一系列的電子供�,甚至即使電子供體僅以低濃度存在。在這些方面�(xiàn)在還沒有能夠與之相媲美的其他已知技�(shù)�

�(jìn)�

  微生物燃料電池(Microbial fuel cell, MFC)是一種以�(chǎn)電微生物為陽極催化劑將有�(jī)物中的化�(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝�,在廢水處理和新能源開發(fā)�(lǐng)域具有廣闊的�(yīng)用前景。雖然目前已�(fā)�(xiàn)很多�(chǎn)電微生物,如希瓦氏菌、地桿菌、克雷伯氏桿菌等,但這些菌種均只能在中性條件下�(chǎn)�。理論上,堿性條件可以抑制甲烷的�(chǎn)生從而有利于電能輸出,而且堿性廢水是工業(yè)廢水的重要組成部�。產(chǎn)電微生物如何將有�(jī)物代謝產(chǎn)生的電子傳遞到電極上一直以來是MFC研究的一�(gè)重要方向,因�,研究堿性條件下的微生物�(chǎn)電機(jī)制對MFC的電能輸出與堿性廢水的生物處理均有重要意義�
  中國科學(xué)院成都生物研究所�(yīng)用與�(huán)境微生物中心李大平研究員課題組在微生物燃料電池的�(chǎn)電機(jī)制研究方面取得突破性�(jìn)�。他們從污染�(huán)境中分離出一株嗜堿性假單胞菌(Pseudomonas alcaliphila�,該菌株在堿性條件下能夠分解有機(jī)物的同時(shí)�(chǎn)生電�,pH�9.5。通過研究�(fā)�(xiàn),該菌株在MFC體系中代謝有�(jī)物的同時(shí)�(chǎn)生吩�-1-羧酸介體(phenazine-1-carboxylic acid,PCA�,該介體起電子穿梭的作用從而實(shí)�(xiàn)電子從有�(jī)物到電極的傳遞過��

微生物燃料電池相�(guān)資訊 更多>>

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

已收錄詞�168666�(gè)