文档介绍：不同介体厌氧流化床微生物燃料电池产电特性研究
    孔维芳, 郭庆杰, 王许云
    (青岛科技大学 清洁化工过程山东省重点实验室, 山东 青岛 266042)
    摘 要:在空气阴极、单室、无膜液固厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中,以污水和椰壳活性炭为液相和固相,分别以亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)及铁氰化钾为电子介体,考察电子介体的种类和浓度对厌氧流化床微生物燃料电池产电性能的影响。实验结果表明,亚甲基蓝可以提高 AFBMFC 产电量,但增加幅度较小;添加铁氰化钾后,电池正负极逆转,且产电量减小,使用这两种介体产电性能均不理想。添加中性红后,MFC 的内阻显著降低。以  mmol L 1中性红为电子介体时获得最大输出电压 650 mV,最大输出功率密度 330 mW m 2,COD 去除率为 91%。对于厌氧流化床微生物燃料电池而言,中性红是一种较为理想的电子介体。
    关键词:微生物燃料电池;电子介体;中性红;亚甲基蓝;铁氰化钾
    中图分类号:x382,x703   文献标识码:A  文章编号:1003-9015(2011)05-0858-06
    1 前 言
    微生物燃料电池(microbial full cells, MFC)是利用微生物作为催化剂将碳水化合物(燃料)转化为电能的装置[1~3]。燃料在阳极室被氧化,氧化过程中生成的电子传递到阳极,再经外电路到达阴极,形成电流。依据电子从细菌到电极转移方式的不同,可分为无介体 MFC 和介体 MFC。无介体 MFC 是利用细胞外产电菌直接实现电子转移,但电子传递效率较低;介体 MFC 是利用一些具有生物活性的氧化还原介体促进微生物细胞与电极之间电子传递。选择合适的介体构成微生物合理的新陈代谢电子传递链,电子由具有氧化还原活性的电子传递中间体运载到电极,能够有效提高 MFC 性能。
    目前很多研究者在燃料液中添加芳香族化合物(硫堇、中性红、亚甲基蓝、2-羟基-1,4-萘醌等)作为介体来提高生物系统输送电子的能力。Milliken 等[4]以甲酸为燃料,中性红为电子介体产生 300 mV 电压,较无介体 MFC 产生电压有一定提高,但结果仍不理想。Rabaey 等[5]向不同的MFC中添加绿脓菌素后,其功率密度从 ~ mW m ~ mW m 2,电功率密度仍比较低。另外,目前很多研究中存在介体在阳极室分布不均的缺点,郗名悦等[6]驯化介体型产电微生物时,电子介体新亚甲基蓝在培养液中出现墨绿色沉淀,不利于微生物燃料电池的启动。
    本文针对上述研究中的不足,提出采用液固流态化技术耦合微生物燃料电池进行污水处理。在前人研究基础上,采用厌氧流化床为阳极、无膜碳布为空气阴极的 MFC,以椰壳活性炭为载体。充分利用液固厌氧流化床反应器内介体分布均匀且在液体冲击下频繁冲撞电极加快电子传递的优点,分别以亚甲基蓝、中性红和铁氰化钾作为介体,研究了电子介体种类和电子介体浓度对该微生物燃料电池产电性能的影响。
    2 材料与方法
     实验装置及工艺流程
    本研究所采用的实验装置如图 1 所示,微生物燃料电池阳极为圆柱形有机玻璃厌氧流化床反应器,直径为 40 mm,高 600 mm。