微生物燃料电池技术(1)

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1、微生物燃料电池技术新型生物质能源技术与利用课程论文微生物燃料电池技术摘要：微生物燃料电池（MFC）作为一种新型的环境生物技术，因其能很好地将有机污染物处理和能源制备结合在一起而引起各国学者的广泛关注和研究。本文就微生物燃料电池的发展历程，特点，工作原理，影响微生物燃料电池的因素以及微生物燃料电池的应用实例和应用前景以及目前存在的问题。最后对本文进行了一些总结和展望。关键词：微生物燃料电池；工作原理；应用前景；MicrobialfuelcelltechnologyABSTRACT:Microbialfue

2、lcell(MFC),asanovelenvironmentalbiotechnology,hasperfectlycombinedorganicpollutantremovalwithsimultaneousenergyproduction,attractingnumerousresearchers’attentions.Inthispaper,thecourseofdevelopment,characteristics,workingprincipleofmicrobialfuelcell,thef

3、actorsthataffectthemicrobialfuelcell,aswellasmicrobialfuelcellapplicationexamplesandfutureapplicationsandexistingproblems.Finally,thisarticlemakessomesummaryandoutlook.Keywords:Microbialfuelcells;Workingprinciple;Applicationprospects1.引言随着全球气候变暖和化石燃料耗竭等问

4、题的日益严峻，可替代能源和可再生能源的研究受到越来越多的重视。构建多样的、更稳定的能源系统，已成为各国可持续发展和国家战略的重要组成部分。太阳能、风能、生物质能等可再生能源产业的发展方兴未艾[1]。而能源紧张和环境污染是我国现代社会可持续发展面临的两大主要挑战。1975年的世界人口比1925-16-微生物燃料电池技术新型生物质能源技术与利用课程论文年增加了一倍，世界能源的总消耗量却增长了4.5倍，并且随着社会经济的不断发展，能源的消耗必将呈现持续增加的状态。研究表明，每十年人类消耗的能源总量将翻一倍，并

5、且在未来十年能源消耗的总量将等同于自古至今人类消耗的能源总量[2]。随着社会经济不断发展，对能源的大量消耗而导致环境质量的严重恶化，尤其是碳排放增加引起的温室效应将对全球气候长期影响。面对能源供应持续偏紧、能源价格高、能源开发利用与环境保护的矛盾突出和能源利用效率较低等严峻形势，全世界必将为能源付出更大的代价[3]。因此，一种将化学能转化为电能并且能够处理污染物的微生物电池技术正在兴起，下面本文就微生物燃料电池的原理，应用前景及存在问题展开论述。1.微生物燃料电池的概述1.1.定义微生物燃料电池(MFC

6、)是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。利用MFC不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解，而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流从而获得电能。1.2.发展历程纵观微生物燃料电池的发展历史，经历了几种形式的变革[4]。早期的微生物燃料电池是将微生物发酵的产物作为电池的燃料，如从家畜粪便中提取甲烷气体作为燃料发电。1910年，英国植物学家Potter首次发现细菌的培养液能够产生电流，并制造出世界上第一个MFC，由此拉开了MFC研究的帷幕。此后，航天领域的发展、电子传

7、递中间体的广泛应用、MFC发电技术的突破等加快了MFC研究的步伐。20世纪60年代末以来，人们将微生物发酵和产电过程合为一体。20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了较大提高，使其作为小功率电源而使用的可行性增大，并因此推动了它的研究和开发。2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。由于微生物燃料电池能够长时间提供稳定电能，-16-微生物燃料电池技术新型生物质能

8、源技术与利用课程论文所以它在诸如深海底部和敌方境内的军事装备这些“特殊区域”具有潜在用途[5]。Bond等[6]研究发现存在能直接将电子传递给固体电极受体的微生物，使得直接MFC得以广泛研究。近年来，Liu等[7]利用MFC反应器进行产氢，为氢能的获取提供了新思路。至此，MFC已成为治理污染、开发新能源方面的研究新热点。1.1.特点微生物燃料电池(Microbialfuelcell，简称MFC)，是以微生物为催化剂将化学能直接转化为电能的燃