张亮
,
李俊
,
朱恂
,
廖强
,
付乾
,
王永忠
,
叶丁丁
工程热物理学报
本文采用多碘离子(I-3)作为阴极电子受体,实验比较了传统"H"型微生物燃料电池(MFC)和带交指型阴极流场的MFC(IMFC)的性能.结果表明,与"H"型MFC相比,IMFC在启动后具有较高的工作电压和最大功率密度.这主要是由于IMFC具有较小的电池内阻和较佳的传质特性所致.IMFC最大产电功率密度低浓度范围内随阴极电子受体的浓度的增加而增加,几乎不受阴极水力停留时间的影响.
关键词:
多碘离子
,
交指流场
,
微生物燃料电池
,
阴极
李俊
,
郑季历
,
叶丁丁
,
张军
,
朱恂
工程热物理学报
本文对以100 Ω外阻启动完成后的微生物燃料电池施加18 mA的反极电流,考察不同施加时长的反极电流条件下电池的性能响应.实验结果表明:随着施加反极电流时间的增加,MFC最大功率密度呈逐渐减小的趋势.当反极电流施加时间大于12 h时,电池最大功率密度接近零.当电池恢复运行6天后,反极电流时间为10 min的MFC性能可以恢复至未施加反极电流前的水平.而对于施加反极电流大于1h的MFC,其性能仅能恢复至原性能的85％.循环伏安和生物膜干重测量结果显示,造成上述现象的原因主要是由于当施加的反极电流时间大于1h时,阳极生物膜活性略下降且生物膜干重减少所致.
关键词:
微生物燃料电池
,
反极
,
电压响应
,
生物膜
侯俊先
,
刘中良
,
张培远
工程热物理学报
石墨烯由于具有优异的导电性、高的比表面积、好的生物相容性,受到各界广泛关注.本文利用肼化学还原法得到比表面积为535m2/g的石墨烯,利用此石墨烯修饰碳布(GNS-anode)作为微生物燃料电池阳极,并与多壁碳纳米管修饰的阳极(MWCNT-anode)和未修饰的碳布(CC-anode)进行了详细的比较.碳纳米管和石墨烯的形貌和特性采用SEM、BET、TEM、XRD表征.电极的电化学性质利用循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)衡量.装配GNS-anode运行的微生物燃料电池获得的最大功率密度为652 mW/m2,分别是MWCNT-anode和CC-anode的1.4倍和2.0倍,表明石墨烯能够提高微生物燃料电池(MFC)阳极性能,从而提高MFC功率输出.
关键词:
石墨烯
,
碳纳米管
,
微生物燃料电池
,
比表面积
,
功率密度
李俊
,
叶丁丁
,
廖强
,
朱恂
,
张亮
工程热物理学报
物质传输是影响MFC性能的一个重要因素.本文构建三合一膜电极式微生物燃料电池(MFC),研究了阳极传质形式对MFC启动特性、阳极生物膜电化学活性和性能的影响.结果表明,与阳极采用大腔室结构的MFC-1相比,阳极采用蛇形流道的MFC-2由于在启动过程中阳极电解液传质较佳,不但启动较快而且输出电压更高.启动完成后,MFC-2阳极生物膜电化学活性较高,采取不同扫描速度的循环伏安扫描测试证明了这主要是由于蛇形流道较佳的传质所致.启动过程和产电过程中较佳的传质导致MFC-2最大功率密度(2676.2mW.m-2)比MFC-1最大功率密度(2149.0mW·m-2)约高24.5％.
关键词:
阳极传质
,
三合一
,
微生物燃料电池
,
生物膜
杨改秀
,
孙永明
,
袁振宏
,
吕鹏梅
,
孔晓英
,
李连华
,
陈冠益
,
陆天虹
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60023-1
研究了在空气阴极微生物燃料电池中修饰方法如硝酸处理和硝酸-氨水酸碱等对XC-72R作为阴极氧还原催化剂催化活性的影响，并且使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Boehm滴定法和X射线光电子能谱(谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征。 FTIR测试证明硝酸处理可引入含氧基团氨水处理可引入含氮基团。另外，还测试了含有不同表面官能团的XC-72R对氧还原的活性，并将其作为阴极催化剂用在MFC中，测试了电池性能。实验表明，经酸碱修饰的XC-72R作为空气阴极MFC的催化剂具有很好的应用前景。
关键词:
微生物燃料电池
,
氧还原反应
,
碳粉
,
Vulcan XC-72R碳黑
,
表面改性
,
产电性能
刘春梅
,
李俊
,
朱恂
,
叶丁丁
,
廖强
工程热物理学报
本文分别从电池启动过程、电极附着生物量、电极阻抗、电池性能等方面,比较了采用碳颗粒填充床、碳刷、碳颗粒-不锈钢网和碳颗粒-碳刷为阳极材料的微生物燃料电池的性能.结果表明,电池启动时间的长短及电极阻抗的大小顺序依次为:碳颗粒、碳颗粒-不锈钢网、碳刷和碳颗粒-碳刷电极,而电极上附着生物量的多少呈相反顺序.碳颗粒填充床生物量最少,阻抗最大,因而其电池性能最低.而碳颗粒-碳刷复合电极上附着的生物量最多,阻抗最小,因此电池的性能最高.
关键词:
碳颗粒
,
碳刷
,
碳颗粒-不锈钢网
,
碳颗粒-碳刷
,
微生物燃料电池
张军
,
李俊
,
叶丁丁
,
朱恂
,
廖强
工程热物理学报
本文采用氨水浸泡、氨水电解、磷酸缓冲液电解三种方法对微生物燃料电池阳极电极进行了预处理,对处理后的电极表面的浸润性、微观结构、官能团进行了分析,获得了阳极电极电解处理对微生物燃料电池性能的影响.实验结果表明:电解处理改变了碳布表面的浸润性和表面官能团的种类与含量,引起碳布表面发生碳腐蚀甚至形成多孔,增加了底物的有效浓度,同时提高了阳极电极的电化学活性,最终使得微生物燃料电池的性能得到25％的提升.
关键词:
电解
,
浸润性
,
碳腐蚀
,
微生物燃料电池
李俊
,
徐众
,
朱恂
,
叶丁丁
,
廖强
工程热物理学报
本文构建了由生物膜光合产氢反应器和单室无膜空气阴极微生物燃料电池组成的耦合系统,以葡萄糖溶液为底物（模拟废水）对上述系统的能量回收和污水处理持性进行了考察。实验发现,由于耦合系统各组成部分最佳性能时所要求的底物流量不同,使系统的能量回收与废水处理效率随运行工况的变化而体现出不同的特性。当底物流量为10 mL·h~（-1）时,耦合系统能量回收效率最大,为11.2%;而当底物流量为40 mL·h~（-1）时,耦合系统的COD去除效率和功率密度达到最佳,分别为76.4%和5.97×10~5 J·m~（-3）·h~（-1）。
关键词:
耦合系统
,
光合产氢
,
微生物燃料电池
,
废水处理
彭新红
,
初喜章
,
刘玮
,
王生辉
,
邹一
,
王晓楠
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60880-4
研究发现微生物燃料电池从启动到稳定运行的过程中往往存在一种现象，就是在高电流密度下，微生物燃料电池的输出电压会出现逆转，从而限制了微生物燃料电池的规模化应用，以及它在污废水处理、脱盐等方面的功能.
前期研究发现，微生物燃料电池的性能逆转现象与阳极材料的电容性能有关.电极材料的电容越大，越有利于微生物燃料电池的产电性能稳定，换言之，阳极材料电容不足导致产电性能逆转.但是超级电容活性炭的制作工艺繁琐，成本高，且导电性弱，不能满足微生物燃料电池的应用需求.炭黑的导电能力强、化学稳定性高、成本低，但作为微生物燃料电池的阳极则产生产电性能逆转现象.
化学修饰(如酸、碱活化或者添加具有赝电容性质的金属氧化物等)可以提高材料的电容性能.低温条件(80 oC)下，对低电容材料—炭黑进行HNO3和KOH的化学活化处理，并在此基础上，进一步用5%Fe3O4修饰，采用辊压工艺，以质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液为粘结剂，制作微生物燃料电池的阳极，与空气阴极构建单室微生物燃料电池系统.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、比表面积测试、材料表面pH和X射线能量分析光谱(EDX)等手段表征炭黑活化前后的物理、化学性质；接触角润湿性测试表征活化前后电极表面的亲疏水性.电化学循环伏安法测试活化前后，电极的电子存储能力.
与蒸馏水的pH相比较，材料表面pH分析表明炭黑材料经化学活化处理后，其表面pH无明显变化； FTIR和EDX测试表明化学活化处理使得炭黑表面引入含O(N)官能团；吸附-脱附曲线分析表明化学活化后，炭黑的比表面积减小，微孔与介孔的体积比增加；接触角测试表明炭黑阳极活化处理后，电极表面亲水性增加；循环伏安测试证实，化学活化后的炭黑阳极电容得到0.1–0.8 F/cm2的增长.结合燃料电池的产电性能测试，发现只有当炭黑阳极电容不小于1.1 F/cm2时，微生物燃料电池的产电逆转现象才会消失.炭黑阳极的化学活化方法为微生物燃料电池的性能稳定提供了一种简便、低成本的方法.
关键词:
微生物燃料电池
,
化学活化
,
四氧化三铁
,
阳极电容
,
产电行为
蒋杭城
,
许蕾
,
谢静
,
刘昱含
,
肖遣
,
张光明
环境化学
doi:10.7524/j.issn.0254-6108.2015.05.2014091201
为了实现剩余污泥资源化，本实验采用了超声波破壁的预处理方式，构建了以剩余污泥破壁处理混合液为阳极液和以KMnO4溶液为阴极液的序批式双室微生物燃料电池（ Microbial Fuel Cells，MFC）．将MFC的输出功率密度和COD去除速率作为电池性能的考察指标，研究了超声预处理和投加污泥量对MFC性能的影响．结果表明，随着对投加污泥预处理比（超声预处理污泥量占投加污泥量的比例）和投加污泥浓度的上升， MFC的输出功率密度和 COD 去除速率也随之上升，在100％污泥预处理比下输出功率密度峰值为296 mW·m－2（ Rext＝1000Ω）；平均COD去除速率为90 mg·L－1·d－1．在投加污泥浓度为8000 mg·L－1时，输出功率密度峰值为476 mW·m－2（ Rext＝1000Ω）；平均COD去除速率为100 mg·L－1·d－1．由实验结果分析，采用超声波破壁预处理高浓度的剩余污泥作为燃料搭建MFC，可提高微生物燃料电池的产电性能和COD去除速率．
关键词:
超声预处理
,
剩余污泥
,
微生物燃料电池
,
功率密度
,
有机物去除速率
