文档介绍：膜在微生物燃料电池分隔材料中应用的研究进展
    谢 珊 1,欧阳科 1,黎丽华2
    (,广东 江门 529020; ,广东 深圳 518172)
    摘 要:分隔材料是微生物燃料电池(MFC)中质子从阳极向阴极传递的必经通道,具有非常重要的作用,目前广泛采用的MFC 分隔材料是各种类型的膜材料。本文综述了近年来膜在 MFC 分隔材料中应用的研究现状,分析了质子膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极膜、微滤膜、超滤膜、多孔滤料等不同膜材料用作 MFC 分隔材料时的特性、离子传递机制及其优缺点,并对微生物燃料电池分隔材料未来发展的方向和面临的挑战进行了展望。
    关键词:微生物燃料电池;分隔材料;膜;种类;离子传递机制
    中图分类号:  文献标识码:A  文章编号:1000-3770(2011)08-0015-004
    微生物燃料电池 (Microbial fuel cell,MFC)是一种利用微生物的催化作用将有机物中的化学能转化为电能的新型技术[1],将 MFC 技术应用于废水处理,不但能够处理污水,而且能够收获电能,具有较好的应用前景和研究价值。目前关于 MFC 的研究主要集中在提高产电功率、降低装置成本、提升处理效果以及拓展 MFC 功能等方面,其中,关于 MFC分隔材料的研究与提高产电功率和降低装置成本密切相关,近年来逐渐开始受到研究者的关注。
    传统微生物燃料电池通常由阳极室、阴极室和分隔材料3部分构成,在阳极室中,有机物在微生物的作用下分解产生电子和质子,电子通过外电路到达阴极形成电流;质子在电解质溶液中,通过分隔材料到达阴极;在阴极室中,在催化剂的作用下,电子、质子与电子受体反应,完成整个电化学过程[2]。分隔材料作为阳极室和阴极室之间的物理分隔,是质子传递的必经通道,对于生物电化学过程的完成具有非常重要的作用。目前广泛采用的 MFC 分隔材料是各种类型的膜材料,如质子膜、离子交换膜等。作为良好的 MFC分隔材料,这些膜需要具备以下特点[3]:不仅要有利于质子(或氢氧根离子)的自由迁移,而且要能够有效地阻隔底物和溶解氧的扩散,同时还应具备内阻小、抗生物降解能力强、价格低廉的优点。
    本文综述了近年来膜在MFC 分隔材料中的应用情况和研究现状,分析了用作 MFC 分隔材料的膜的种类、性质及其特点,并对 MFC 分隔材料的未来发展方向及面临的挑战进行了展望。
    1 MFC 分隔材料的种类及特性
    研究表明,许多最初用于化工分离、污水处理和水质净化的膜材料都可以作为 MFC 的分隔材料,比如质子膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极膜、微滤膜、超滤膜、多孔滤料等。这些分隔材料的理化性质各不相同,对微生物燃料电池产电和长期稳定运行的影响也各异。
     质子膜和阳离子交换膜
    质子膜和阳离子交换膜是使用最广泛的 MFC分隔材料,质子膜理论上只允许质子通过,阳离子交换膜允许包括质子在内的所用阳离子通过。最早开始应用于 MFC 技术的质子膜是美国杜邦公司生产的 Nafion 膜[4],Nafion 膜具有良好的质子扩散性能,但价格昂贵,不利于 MFC 技术的大规模应用,近年来人们开始用价格相