微生物燃料电池技术及其应用研究进展

发布时间：2021-02-28 21:05

　　介绍了微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）技术原理、材料、产电微生物,分析了MFCs应用领域及其限制因素,综述了MFCs的最新研究状况,最后对MFCs的未来发展前景进行了展望。 

【文章来源】：现代化工. 2020,40(09)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

微生物燃料电池原理图

研究微生物的电子传递本质对了解微生物的代谢机理及MFCs的运行具有重要作用，微生物与阳极之间通过3种方式进行胞外电子传递，分别是膜氧化还原蛋白、纳米导线、电子穿梭体(图2)[19]。微生物与电极表面物理接触，通过细胞外膜与细胞色素c之间的相互作用，形成胞外电子传递通路。Kim等[20]发现一些具有电化学活性的微生物还可通过细胞表面的蛋白质长丝进行电子传递，这种向外延伸直至胞外基质中的丝状附属物称为纳米导线，已鉴定的通过纳米导线进行电子传递的微生物有希瓦氏菌属、地杆菌属。细胞表面的菌毛也可参与胞外电子转移，Fe(Ⅲ)还原的研究发现，含有菌毛的“G.Sulfurreducens”生物量逐渐增加，而不含菌毛的微生物增殖缓慢。电子穿梭体是具有催化能力的低分子质量有机分子，常见的电子穿梭化合物有硫氨酸、甲基紫、2-羟基-1,4-萘醌、中性红等物质，具有化学性质稳定、不易生物降解且无生物毒性的性质。“Shewanella oneidensis MR-1”能够释放核黄素和核苷酸，同样可作为电子传递的穿梭体，电子穿梭体的发现使微生物摆脱了需要直接与电子受体接触的限制，有助于提高产电效率。虽然在胞外电子传递机制方面取得了相当大的进展，但涉及氧化还原活性蛋白之间相互作用及穿梭体促进机制仍有待进一步研究。1.4 电极材料

阴极作为氧还原反应的主要部位，催化性能决定MFCs的产电效率，尽管贵金属催化剂能够显著降低氧还原反应的过电位，但催化剂的使用寿命及高成本限制了应用。制备非贵金属催化剂的电极材料有重要意义，Bhowmick等[24]用Co3O4与导电油墨共混作为氧还原反应的催化剂，MFCs输出功率密度能够达到6.13 W/m3，甚至高于Pt催化阴极MFCs，尽管过渡金属作为催化剂可以降低成本，但催化机理尚待研究。1.5 膜材料

【参考文献】：
期刊论文
[1]剩余污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理[J]. 周秀秀,顾早立,郝小旋,张姣,张志强,夏四清.  中国环境科学. 2014(09)



本文编号：3056456