基于微生物燃料电池技术的多元生物质生物产电研究进展

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1、第31卷第10期环境科学Vol.31，No.102010年10月Oct.，2010ENVIRONMENTALSCIENCE基于微生物燃料电池技术的多元生物质生物产电研究进展冯玉杰，王鑫，李贺，杨俏，曲有鹏，史昕欣，刘佳，何伟华，解明利(哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨150090)摘要:微生物燃料电池(microbialfuelcell，MFC)是一种使用微生物作为催化剂，直接将生物质能转化为电能的装置，为生物质的利用提供了新的途径.底物类型和底物浓度对于MFC的性能至关重要.使用小分子酸、醇或葡萄糖等简单有机物为底物时，MFC功率输出较高.但当底物为结构复杂的有机物时

2、，为了提高MFC功率输出和底物降解效率，可以采用物理、化学手段对其进行预处理、采用天然菌群进行生物预降解或者添加简单有机物进行底物强化.基于多元生物质MFC技术未来将应用于污水中生物质能回收、偏远地区供电和生物传感器等方面.关键词:生物质;底物;微生物燃料电池;生物传感器;功率密度;能源回收中图分类号:X382文献标识码:A文章编号:0250-3301(2010)10-2525-07ProgressinElectricityGenerationfromBiomassUsingMicrobialFuelCell(MFC)FENGYu-jie，WANGXin，LIHe，YANGQiao，QUYo

3、u-peng，SHIXin-xin，LIUJia，HEWei-hua，XIEMing-li(StateKeyLaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironment，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090，China)Abstract:Byapplyingbacteriaasanodiccatalyst，microbialfuelcell(MFC)candirectlyconvertbiomassenergyintoelectricalenergy，providedanewwayforbiomassutilizatio

4、n.PreviousstudiesshowedthatthesubstratesandtheirconcentrationsubstantiallyaffectedperformanceofMFC.Highpoweroutputwasobtainedwhensimpleorganicsuchasvolatilefattyacids(VFA)，alcoholsorglucosewasusedassubstrate.However，physical，chemicalorevenbiologicalpretreatmentmethodswereneededwhensubstratewascompl

5、exorganic.Additionofsimpleorganicasco-substratewasalsodemonstratedtobeanefficientwayforrefractorycompoundsdegradationinMFC.Usingbiomassassubstrates，MFCwillbeappliedinareasuchasbioenergyrecoveryfromwastewater，powersupplyinoutfieldandbiosensors.Keywords:biomass;substrate;microbialfuelcell(MFC);biolog

6、icalsensor;powerdensity;energyrecovery微生物燃料电池(microbialfuelcell，MFC)是近年来刚刚兴起的一种绿色产能技术，它以微生物［1］作为催化剂，直接将生物质能转化为电能.如图1所示，当以氧气作为阴极电子受体时，MFC一般由厌氧的阳极区和好氧的阴极区组成.在阳极表面，细菌代谢有机生物质生成电子和质子.电子从阳极通过外电路转移到阴极，与透过质子交换膜到达阴极的质子发生反应，在阴极催化剂的作用下最终生成水，从而完成整个生物电化学的电子转移过程.图1微生物燃料电池示意在此过程中，生物质中的化学能直接转化为电Fig.1Schematicofmic

7、robialfuelcell能.MFC技术作为21世纪新一代能源技术，具有如下优点:①在微生物的催化下，生物质能直接转化为但是与化学燃料电池相比，MFC的功率输出大［2］电能，理论转化效率高;②生物质廉价且来源广约低4个数量级，因此如何提高MFC的功率输出是泛，无需特殊的预处理过程;③使用微生物取代贵金现在研究的热点之一.MFC的功率输出P=VI，式中属催化剂降低了燃料电池的基础投资，使建造廉价［3］收稿日期