李婉君

中山市環(huán)境監(jiān)測站

微生物燃料電池技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用前景探討

李婉君

中山市環(huán)境監(jiān)測站

現(xiàn)今時代的進步和科技水平日益提升，科學技術(shù)領(lǐng)域成就顯著，其中，微生物燃料電池技術(shù)的發(fā)展相對較快。微生物燃料電池技術(shù)（Microbial Fuel Cell，MFC），是一種先進的能源技術(shù)，通過微生物催化化學燃料，如糖或有機酸等能源轉(zhuǎn)化為電能。微生物燃料電池技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，本文就其應(yīng)用作相關(guān)探討，期望能為微生物燃料電池技術(shù)的應(yīng)用水平的提高提出一些建議和幫助。

微生物燃料電池技術(shù)；相關(guān)應(yīng)用；MFC；廢水的處理

1 引言

過去一個世紀里，化石燃料是經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)建設(shè)的重要能源之一，起著必不可少的作用。然而，由于化石燃料是不可再生資源，預估在未來的百年或百年后將被用盡，勢必會造成資源的緊缺。而現(xiàn)階段，化石燃料被大幅度的人工開采利用，這不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)失衡，還加劇了全球氣候變暖，使全球氣候進一步惡化。所以，對新能源進行相關(guān)方面的研究開發(fā)，是未來科研的重要部分，應(yīng)當予以重視。其中，微生物燃料電池，作為新時代的環(huán)保能源之一，近幾年受到人們的好評，是目前國際上研討的熱點之一。本文就微生物燃料電池技術(shù)的發(fā)展，及其在生活廢水處理上應(yīng)用作簡要探討。

2 微生物燃料電池技術(shù)發(fā)展

2.1 微生物燃料電池的工作原理

微生物燃料電池通過利用微生物分解有機燃料，將產(chǎn)生的化學能轉(zhuǎn)化為電能。最簡單的微生物燃料電池，通常由三部分組成，陰極、陽極和隔膜。陽極上的細菌分解出有機燃料，產(chǎn)生質(zhì)子和電子，其中一些電子則通過一組呼吸酶的形式傳遞，細胞以ATP的形式獲得一定量的能量。另一部分電子則從外部電路被轉(zhuǎn)移到陰極。質(zhì)子則以隔膜為載體被傳遞至陰極，陰極上電子與電子受體彼此間結(jié)合，從而形成閉合回路的環(huán)境。

2.2 反應(yīng)器構(gòu)型設(shè)計與改進

按照反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段微生物燃料電池有兩種基本的結(jié)構(gòu)，即單室和雙室?；谖⑸锶剂想姵氐南嚓P(guān)工作原理，可做出多種變型。例如，陽極的陽離子交換膜和MFC中的陰離子交換膜之間，陰和陽兩個淡化離子室，兩室的離子膜的離子運動在電場力的作用下，從而達到淡化的效果，這種變化被稱之為微生物脫鹽電池。

2.3 電池與電極結(jié)構(gòu)

陽極室和陰極室由質(zhì)子交換膜（PEM）隔開，陽極的表面由細菌生長，氧化有機物釋放陽極上的電子，并且將質(zhì)子釋放到溶液中去。在陰極上，溶解氧與電子和質(zhì)子則通過曝氣的形式反應(yīng)。

在MFC應(yīng)用中，可生物降解的有機物在中間得到較為成功的應(yīng)用。目前，常見的MFC的基本結(jié)構(gòu)，主要的有有膜單室、無膜單室及常規(guī)雙室三種。結(jié)合MFC生物反應(yīng)器的基本模式和配置及其相關(guān)研究，目前研制了許多新式新型的配置，如管狀填充MFC，MFC堆棧等。在MFC的廣泛應(yīng)用中，由于PEM的成較高，同時會增加內(nèi)部阻力，因此，在溶解污染物應(yīng)用時，產(chǎn)生懸浮物的概率很高，往往會產(chǎn)生異常難聞的異味。此外，有關(guān)探討或研究發(fā)現(xiàn)，無PEM的情況下，應(yīng)用中輸出的功率會增大，不失為一種科學、合理可行的MFC設(shè)計方案。

3 生物燃料電池的應(yīng)用

3.1 處理污水的應(yīng)用

MFC技術(shù)前景十分廣闊，技術(shù)應(yīng)用上新穎先進。不僅可以降解相關(guān)有機污染物，而且可把降解有機物的能量轉(zhuǎn)化為電能和氫氣，并在不浪費電能的前提下，用于生產(chǎn)H2O2等物質(zhì)。大量相關(guān)實驗證明，細菌可以應(yīng)用于分解乳酸廢水與淀粉廢水。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)MFC在處理生活污水時也能產(chǎn)生電能。

3.2 沉積物MFC

沉積物MFC的優(yōu)點眾多，不僅其建造成本和運行費用較低，而且其結(jié)構(gòu)較為簡單。在自然水體范圍內(nèi)，MFC可長時間運行，并在陰極中形成相應(yīng)的生物膜，在氧還原反應(yīng)中起到一種主導作用。沉積物MFC，大多數(shù)情況下不運用陰極催化劑，因此其功率的輸出十分有限。因為沉積物MFC輸出的功率較低，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于遠程監(jiān)測設(shè)備的情況中提供電力。

3.3 生物傳感器

根據(jù)MFC的工作原理，在一定濃度范圍內(nèi)，MFC輸出電壓或電流與陽極基體濃度之間存在線性關(guān)系，因此它常被用于MFC傳感器基礎(chǔ)研究。BOD5的快速檢測正是利用該原理。此外，傳感器型MFC還能實時地監(jiān)測UAFB中的沼氣流速、檢驗發(fā)酵液環(huán)境中的pH值，從而達到在厭氧硝化作用的動態(tài)變化過程中進行相關(guān)的監(jiān)控目的。

4 結(jié)束語

現(xiàn)今時代的進步和科技水平的日益提升，微生物燃料電池技術(shù)的應(yīng)用前景十分地廣闊，在不久的未來相信將會得到大幅度的應(yīng)用。微生物燃料電池，其技術(shù)水平的進一步提高，在造福民生福祉的同時，也有引領(lǐng)時代的積極意義，影響深遠。微生物燃料電池技術(shù)，是當今國內(nèi)和國際上熱議的研究課題，仍需國家予以一定關(guān)注，同時，相關(guān)的科研人員和工作者也要提高工作熱情，進行不懈的研發(fā)研究和探討。

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