石墨烯基杂化材料在微生物燃料电池电极中的应用

微生物燃料电池（MFC）是利用生物催化剂将污水有机物中的化学能直接转化为电能的技术,因其功率密度和能量转化效率低,电极制作成本高,限制了其大规模实际应用。因此如何提高电极的催化性能并降低电极制作成本成为MFC的研究重点方向。由于石墨烯基杂化材料具有良好的导电性和催化特性,因此石墨烯基杂化材料成为在MFC电极应用中的热点之一。本文综述了近年来MFC石墨烯基杂化电极材料的最新研究进展,重点讨论了改性石墨烯电极、金属及非金属/石墨烯杂化电极、金属氧化物/石墨烯杂化电极、聚合物/石墨烯杂化电极和石墨烯凝胶电极的设计思路和制备方法及其催化性能,着重分析了石墨烯基阳极和阴极杂化材料对MFC产电性能的影响。最后对石墨烯基杂化材料在MFC应用中存在的问题及研究前景进行了总结和展望。     

金属离子在微生物燃料电池中的行为

在废水处理方面,微生物燃料电池具有在净化废水的同时回收能源或有价值化学品等突出优点,已经成为人们研究的热点。在微生物燃料电池中,金属离子能直接或者间接参与阳极和阴极过程,其对溶液的电导率、反应器的内阻和功率密度、产电微生物的活性等都有重要影响。本文综述了金属离子参与微生物燃料电池的机制及其影响因素,并且介绍了微生物燃料电池在去除废水或者固体废弃物中重金属离子方面的优势和发展前景。     

微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展

在微生物燃料电池（MFC）中,以氧为电子受体具有很多优点,但氧阴极还原的反应动力学慢,会造成阴极电势的损失。 因此,提高阴极对氧还原的电催化活性和降低催化剂的价格是MFC非生物阴极催化剂的研究重点之一。 本文综述了近年来MFC中非生物阴极氧还原催化剂的研究进展。 重点讨论了贵金属Pt、过渡金属大环化合物以及金属氧化物催化剂对氧还原的电催化活性。 其中,非贵金属氧化物及过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,而且价格低廉,有望成为MFC非生物阴极Pt基催化剂的替代催化剂。     

生物阴极微生物燃料电池不同阴极材料产电特性

以葡萄糖(COD初始浓度为2000 mg/L, COD为化学需氧量)为阳极燃料底物, 考察了碳纤维刷和柱状活性碳颗粒作为生物阴极微生物燃料电池(MFC)阴极材料的产电性能. 研究结果表明, 碳纤维刷MFC的启动时间比碳颗粒MFC的长, 达到稳定状态后的恒负载(300 Ω)电压(0.324 V)比碳颗粒阴极MFC的(0.581 V)低. 极化分析结果表明, 碳纤维刷MFC和碳颗粒MFC的最大功率密度分别为24.7 W/m3(117.2 A/m3)和50.3 W/m3(167.2 A/m3). 电化学交流阻抗谱(EIS)测定结果表明, 由于电极材料对微生物生长和分布状态存在不同的影响, 使得碳纤维刷阴极MFC的极化内阻大于碳颗粒阴极MFC的极化内阻.     

微生物燃料电池生物阴极

微生物燃料电池(microbial fuel cells, MFCs)利用微生物处理废水的同时产电,是一种清洁可再生能源技术。近年来新兴起的生物阴极是指阴极室中的功能微生物附着在电极表面形成生物膜,电子由电极传递给微生物并发生相应的生物电化学反应;是微生物燃料电池研究的一个重要方向。本文根据厌氧、好氧操作体系的不同将生物阴极进行分类;归纳总结了微生物组成、电极和分隔材料的研究进展,探讨了生物阴极在去除污染物和生成高附加值产品中的实际应用,并提出了其将来发展的可能方向。     

生物阴极微生物燃料电池

传统微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)主要由生物阳极与非生物阴极组成,属于半生物燃料电池,存在化学药剂再生困难、需要铂等贵金属催化及成本高等缺陷。生物阴极则利用微生物参与阴极反应克服了这些缺陷。微生物参与MFCs阴极反应,最初在海底沉积物MFCs中被发现。为了提高空气-生物阴极的产电效率,人们进行了以铁、锰等过渡金属氧化物修饰电极材料的研究。在厌/缺氧环境中,生物阴极可将硝酸盐和硫酸盐等作为最终电子受体。对生物阴极研究的深入为MFCs工业化应用开辟了道路,此外,本文在文献综述的基础上提出了铁锰联合修饰生物阴极材料的可能性。     

微生物燃料电池阴极脱氮

微生物燃料电池(MFC)阴极电子受体的多样性可实现其阴极脱氮,从而将产生的电能合理利用,因此阴极脱氮成为了MFC的一个研究方向,同时也为实际废水中氮素的去除提供了新的可能。然而在反应过程中有众多因素会导致NOx-N与其他电子受体竞争阳极电子的现象,影响阴极反硝化过程对于电子的利用率,从而造成脱氮效率低等现实问题。目前已有许多研究通过优化MFC自身结构弥补产电的缺陷,及将与其他工艺系统耦合实现同步硝化反硝化等方法,取长补短以增加脱氮效率,降低对碳源的需求,以此解决微生物燃料电池阴极脱氮出现的问题。本文从MFC不同的脱氮历程、MFC工艺条件(pH、C/N、DO)、极室分隔材料等影响MFC阴极脱氮的因素及影响其阴极反硝化微生物群落构成等方面,进行了综述并预测未来研究方向。     

微生物燃料电池

微生物燃料电池 (Microbial Fuel Cells,MFCs) 是一种利用微生物作为催化剂,将燃料中的化学能直接转化为电能的装置。本文首先简要介绍了MFCs 的发展简史和基本原理,针对MFCs 产电性能低的现状,分别从产电微生物、电池结构、质子交换膜(PEM)、电极以及电解液等方面着重综述了近几年有关提高MFCs 产电性能的研究进展。最后介绍了关于MFCs 的另一些有趣的研究方向：植物MFCs,生物阴极MFCs,以及污水脱氮和有毒废水处理。     

微生物燃料电池

结合最近几年来微生物燃料电池研究进展情况,对微生物燃料电池的电子转移机理,影响电子转移的主要因素和解决方法,以及微生物燃料电池实用化过程中所面临的问题和应用前景进行了综述。     

电化学活性微生物在微生物燃料电池阳极中的应用

微生物燃料电池是一种利用电化学活性微生物催化降解有机物的同时产生电能的新型产能装置。阳极电化学活性微生物特征及催化活性是影响微生物燃料电池产电效率的关键因素之一。本文对应用于阳极上的电化学活性微生物的富集、来源、菌种的生理生化特征及产电能力等进行了综述。     

绿脓杆菌阳极的微生物燃料电池含溶解氧性能研究

本文研究了绿脓杆菌分泌的电子中介体绿脓菌素与电极之间的反应,并探讨了溶解氧的影响. 通过循环伏安曲线、测试电极开路电位等方法,确定绿脓菌素阳极反应是受扩散控制的可逆反应. 菌液的溶解氧浓度在一定范围内（0 ~ 1.6 mg.L^-1）对绿脓菌素和电极之间的反应影响不大. 微生物燃料电池的极化曲线表明,当溶解氧为1.6 mg.L^-1时,微生物燃料电池输出电流下降了7%,对绿脓杆菌阳极的微生物燃料电池影响不大.     

钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视.钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和对燃料气较好的催化活性及超强抗积碳能力而越来越被广泛地应用于直接烃类SOFCs的阳极材料中.本文对钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阳极的设计要求出发,着重比较了LaCrO3系列、SrTiO3系列和双钙钛矿等阳极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望.     

Applications of Nanomaterials in Microbial Fuel Cells: A Review

Microbial fuel cells (MFCs) are an environmentally friendly technology and a source of renewable energy. It is used to generate electrical energy from organic waste using bacteria, which is an effective technology in wastewater treatment. The anode and the cathode electrodes and proton exchange membranes (PEM) are important components affecting the performance and operation of MFC. Conventional materials used in the manufacture of electrodes and membranes are insufficient to improve the efficiency of MFC. The use of nanomaterials in the manufacture of the anode had a prominent effect in improving the performance in terms of increasing the surface area, increasing the transfer of electrons from the anode to the cathode, biocompatibility, and biofilm formation and improving the oxidation reactions of organic waste using bacteria. The use of nanomaterials in the manufacture of the cathode also showed the improvement of cathode reactions or oxygen reduction reactions (ORR). The PEM has a prominent role in separating the anode and the cathode in the MFC, transferring protons from the anode chamber to the cathode chamber while preventing the transfer of oxygen. Nanomaterials have been used in the manufacture of membrane components, which led to improving the chemical and physical properties of the membranes and increasing the transfer rates of protons, thus improving the performance and efficiency of MFC in generating electrical energy and improving wastewater treatment.     

Mo2C/Reduced Graphene Oxide Composites with Enhanced Electrocatalytic Activity and Biocompatibility for Microbial Fuel Cells

A simple, cost-effective strategy was developed to effectively improve the electron transfer efficiency as well as the power output of microbial fuel cells (MFCs) by decorating the commercial carbon paper (CP) anode with an advanced Mo₂C/reduced graphene oxide (Mo₂C/RGO) composite. Benefiting from the synergistic effects of the superior electrocatalytic activity of Mo₂C, the high surface area, and prominent conductivity of RGO, the MFC equipped with this Mo₂C/RGO composite yielded a remarkable output power density of 1747±37.6 mW m⁻², which was considerably higher than that of CP-MFC (926.8±6.3 mW m⁻²). Importantly, the composite also facilitated the formation of 3D hybrid biofilm and could effectively improve the bacteria–electrode interaction. These features resulted in an enhanced coulombic efficiency up 13.2 %, nearly one order of magnitude higher than that of the CP (1.2 %).     

不锈钢网阴极微生物燃料电池的产电性能研究

构建了一个以曝气池污泥为阳极接种微生物、碳毡为阳极、无任何修饰的不锈钢网为阴极的双室微生物燃料电池. 通过输出电压、功率密度以及电化学阻抗等考察了阴极面积对电池产电性能的影响,并对电池的长期运行稳定性进行评价. 研究结果表明,不锈钢网作为微生物燃料电池的阴极性能稳定. 当不锈钢网面积为2 × 2 cm²时,最大输出电压达到0.411 V,功率密度为0.303 W•m^-2,内阻841 Ω,极化内阻80 Ω. 增大阴极面积至2 × 4 cm²,最大输出电压能达到0.499 V,内阻减小至793 Ω. 不锈钢网价格便宜,具有长期运行稳定性,适宜做MFCs的阴极.