过硫酸钾为电子受体的微生物燃料电池性能特性研究.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：083371 过硫酸钾为电子受体的微生物燃料电池 性能特性 1 2 3 4 5 付 乾 ，李 俊 ，廖 强 ，朱 恂 ，丁玉栋 （重庆大学工程热物理研究所，重庆，400030 ） （Tel: 023 Email: lqzx@cqu.edu.cn ） 摘 要：本文采用 K S O 做阴极电子受体，阳极室接种厌氧活性污泥，构建了“H”型微生物燃料电池， 2 2 8 并对电池产电性能进行了研究。研究发现，微生物燃料电池的产电主要依靠的是附着在阳极电极表面 的生物膜，电池性能随着阴极侧pH 降低而提高，随着K S O 浓度增大而提高。电池的开路电压及输 2 2 8 出功率在以K S O 做电子受体时都要明显高于常用的 K [Fe(CN) ] 电子受体。 2 2 8 3 6 关键词：MFC ，电子受体，K S O 2 2 8 0 前言 微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell ，简称MFC ）是一种新型的燃料电池。其工作 原理是以微生物做为阳极侧催化剂，以有机废水为燃料，将有机废水中的化学能直接转 化为电能。鉴于全世界范围内，现有的污水处理方法都是只有投入没有产出，而微生物 燃料电池在净化污水的同时，又可以回收电能，可大大降低现有污水处理成本，因此受 到越来越多的学者的关注。 然而，目前微生物燃料电池仍处于起步阶段，其输出功率仍较微弱。为了提高 MFC 的性能，合适的阴极电子受体的选择就显得非常重要[1-4] 。理想的电子受体应具备以下 三个基本特征：较高的传质系数、较高的反应活性和较高的标准电极电位。目前常用的 阴极电子受体主要有 O ，K [Fe(CN) ]等。其中就氧气而言，由于其在水中溶解度低， 2 3 6 传质系数小，因此限制了它在 MFC 中的应用。而K [Fe(CN) ] 由于其反应活性高，水中 3 6 溶解度高，传质系数大，因而在 MFC 中得到了广泛的应用。 本文提出采用 K S O 为阴极电子受体，利用其在水中溶解度高，阴极传质系数大， 2 2 8 标准电极电势高（高达＋2.010 Ｖ），氧化性强，且生成物易溶于水，不会造成电极表面 阻塞等特点，对实验室常用的“H”型 MFC 进行性能初步测试和研究。 1 实验装置及方法 1.1 MFC 实验装置及测试系统 本实验中 MFC 构型采用传统的“H”型结构，示意图如图 1 所示。阴阳两极室容积均 为 7.5cm×7.5cm×15cm，两室通过一内径为 2cm 的有机玻璃管相连，质子交换膜被固定 在管子中间，有效面积为 3.14cm2 [5] 。质子交换膜采用Nafion117 膜，处理过程见文献 。 阴阳两极均采用碳纸（Toary 060 ）作电极，面积为4cm×4cm ，用环氧树脂胶将铜丝粘 资助项目：中国博士后科学基金面上资助项目（20070420120 ） 1 到电极上以便将电流引出。因铜离子具有杀菌作用，所以铜丝周围必须要用环氧树脂胶 将其包裹起来，以免暴露在阳极电解质中。电池阴阳两极外接