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微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

发布时间:2018-06-21 14:57

  本文选题:微生物燃料电池 + 阳极 ; 参考:《环境科学学报》2017年11期


【摘要】:阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.
[Abstract]:Anode performance is one of the key factors affecting microbial fuel cell (microbial fuel cell) performance, and the process of anode inoculation and film hanging is the key factor to affect the start-up efficiency of microbial fuel cell. Therefore, the concept of pre-culture anode as a new anode for microbial fuel cell is proposed. The anode is precultured in three-electrode system by adding constant current. Electrochemical selection and biofilm acclimation were carried out under different conditions to enrich the structure and thickness of the biofilm. The results showed that the performance of the anode was closely related to the size of the pre-cultured current. The performance of the pre-cultured anode CF-4i (with the addition of 4A m-2 current density) was better than that of the other test groups and the control group by cyclic voltammetry, Tafel curve and electrochemical impedance spectroscopy. The maximum power density of microbial fuel cell assembled with anode CF-4i was 968.20 m W m -2, which was 2.53 times of that of control group. At the same time, the biofilm was observed by confocal microscope. The living cells in the outer layer and the dead cells in the inner layer were found in the outer layer, and the living cells in the outer layer grew on the dead cells in the inner layer. This structural distribution indicates that most of the living cells in the anodic biofilm are located on the outside of the biofilm, rather than in the whole anodic biofilm, which also indicates that not the whole anodic biofilm has metabolic activity. But the dead cells can continue to accumulate near the electrode surface, the living outer membrane is responsible for the generation of electric current, while the inner dead cells act as a conductive matrix.
【作者单位】: 华南理工大学环境与能源学院;工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金(No.31272482) 教育部新世纪优秀人才支持计划项目(No.NCET-11-0166) 中央高校基本科研业务费专项(No.2014ZG015)~~
【分类号】:X703

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本文编号:2049143


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