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标题: 微生物燃料电池MFC离污水处理实战有多远？ [打印本页]
作者: Double Z 时间: 2016-8-23 16:03
标题: 微生物燃料电池MFC离污水处理实战有多远？
今天看老人版主发了一大堆微生物燃料电池的论文，突然就想这东西距离污水处理实战会有多远？什么时候才能用污水发的电给手机充电，甚至给特斯拉充电？目前相关研究的规模说实话都小的可怜，需要多长时间才能成熟并应用呢？欢迎大家讨论。老规矩，我先发图暖场，让你们感受一下现在研究的规模。末尾还有Bruce E Logan（业界大牛）的专著和另外一本最新的专著可供下载，哈哈。
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PS：2016-08-30 微生物燃料电池原理及关键问题
有一类细菌，可以氧化水中的有机物，并能够把电子传递到细胞外（传递到电极上），如果能利用这种电子传递过程，也就是把这些电子先转移到阳极再通过外电路转移到阴极上，就可以构成一种可以用来发电的生物燃料电池。这类细菌就叫做产电菌，这种电池，就叫做微生物燃料电池（MFC）。不仅如此，由于这个过程可以降解环境中的有机物，于是也成为处理污水的一种理想手段。这么小的细菌，竟然能够同时肩负起发电工人和环境保洁工人的重任？是的，它们真的可以把污水中的废物，甚至是有毒害的有机物质中蕴藏的化学能，转化为我们无时无刻不需要的电能，同时让我们的环境更加洁净。
A. 微生物燃料电池的工作原理：阳极有机物氧化，阴极氧气还原。
微生物燃料电池利用阳极产电微生物，将污水中有机物中的化学能转化为电能。在此过程中，附着在阳极的产电菌将有机物氧化，在阳极室产生电子和质子，CO2和水，同时阳极微生物获得ATP用于自身生长繁殖。质子穿过分隔材料/电解质进入阴极室，产生的电子通过外电路流入阴极，在阴极与电子受体氧气结合，氧气还原为水，形成一个完整的电流循环，实现在分解污水中有机污染物的同时产生电能。
B. 与传统污水处理的比较：
在以活性污泥法为代表的污水好氧生物处理过程中，微生物降解、转化污染物，并通过氧化有机物获取其中的能量，维持自身的生长代谢，有机碳一部分转化为CO2释放到大气中，另一部分通过同化作用转化为剩余污泥。在这一过程中，蕴含在污水中的能量并未被利用，一部分以热量形式散失，一部分转化为剩余污泥。可以采用厌氧生物处理技术将剩余污泥转化为能量，但国内尚未普及。另一方面，微生物氧化降解有机物的过程所需氧气由曝气供给，而曝气又需要消耗能量，曝气能耗约占污水处理厂总电耗的50%。因此，传统的好氧生物处理工艺并未利用污水中的能量，而是“以能耗能”，以曝气能消耗了有机物中的化学能。
C. 空气阴极：
空气阴极结构包括气体扩散层，催化层和集电层等。气体扩散层，面向空气一侧，氧气可以通过扩散作用，进入到催化层，进而实现还原反应，同时，气体扩散层还起到承压防水的作用，即电解液不会渗出；催化层则面向溶液一侧，再催化层，氧气与质子、电子反应生成水。空气阴极用于微生物燃料电池，具有以下优势：
（1）不需主动曝气，与先前介绍的双室型MFC相比，极大地降低了能耗、建设与运行成本；
（2）阴极反应物为氧气，其扩散的驱动力来自于空气中21%的氧气分压，而不是曝气阴极的饱和溶解氧浓度（常温常压下8~9 mg/L），空气阴极的氧气还原反应速率更高，与双室型MFC曝气阴极相比，阴极性能和产电功率均有显著提高；
（3）阴极产物是水，不需要物质再生循环，清洁无污染。
催化层，是空气阴极的关键部分，经典空气阴极，使用Pt/C为催化剂，使用Nafion，或者PTFE等高分子为粘合剂，使用涂布或者压片的方式制备。此前报道的空气阴极催化层，均使用粘合剂，降低了催化层电导率。此前基于石墨烯催化剂空气阴极的报道，也都使用粘合剂。这篇工作，首次实现了无粘合剂催化层的空气阴极制备，且催化剂石墨烯的负载量极低（负载在镍网上的若干层石墨烯），估算下来仅为之前研究中报道的使用粘合剂负载石墨烯粉体剂量的1%-10%左右，但可以达到相似或者更高的微生物燃料电池产电功率。
作者: 孤独不哭 时间: 2016-8-24 12:29
现在宜兴在搞新概念水厂，理论可以满足自给自足。看建成后效果怎么样吧
作者: 水潭大姜 时间: 2016-8-24 13:01
这个实现自供自给有点难度，在实验阶段，那产的电跟没产一样，而且特别不稳定，受影响的因素较多
作者: Double Z 时间: 2016-8-24 14:05
概念水厂有用MFC技术么？
作者: 水潭大姜 时间: 2016-8-24 14:32
之前实验室课题组人员做过，以前学校导师也是做国内MFC的专家
作者: 孤独不哭 时间: 2016-8-24 15:14
不大清楚，概念厂现在只是个提法，还没实际行动。我想应该是有的，毕竟污水厂运行要耗电的，怎么利用微生物是关键。
作者: 蓝氘 时间: 2016-8-25 16:28
看看，学习学习。。。。。。。
作者: 微有 时间: 2016-8-28 06:37
有前途，目前是可以驱动电子闹钟
作者: 埃雷 时间: 2016-8-30 17:44
我觉得生物电池是一个非常新和非常有前景的课题 在能源危机的大背景下 我觉得还是越来越重视新能源的使用和研究
作者: CharlesPan 时间: 2016-8-31 15:57
生物电池的概念很久了！难，之前和中科院的一个教授聊了聊！他要做燃料电池，寿命十年，很牛逼了
作者: Double Z 时间: 2016-9-1 17:09
都是从小变大的，会把很多问题克服掉的。
作者: Double Z 时间: 2016-9-1 17:10
污水微生物燃料电池和一般的燃料电池差别还是比较大的，兼顾着处理污染物和发电的两重功能。
作者: realZZZZZ 时间: 2018-8-27 23:24
感谢楼主分享，有点贵啊
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