英科学家发明基于微生物燃料电池的电絮凝工艺

时间：2019-04-09 11:02:36 来源：IWA国际水协会 作者：

MFC的组装与运行

电凝法的氢氧根沉淀与MFC运行原理相结合是英国研究团队的核心。研究团队设计的MFC由赤陶做成，高10cm，内直径3.6cm。如下图所示，阳极在外，阴极在内，阴极电解液可以生成保存在内部的中空阴极室。外围的阳极材料是碳纤维面纱，碳密度为20g/， 总表面积为2430c。阴极由内置的活性炭和气体扩散层组成，后者的材质是30%的PTFE碳纤维面纱基层。阴极电极的表面积为90c，活性炭面向赤陶壁，气体扩散层面向空气。

三个平行的MFC装置分别置于210mL的塑料容器里，用活性污泥接种，之后补加一些污泥和0.1M的醋酸钠（pH=7）的混合物作为额外碳源。系统搭建完成后，他们进行了序批式实验来评估反应速率。电阻器的电阻为100U。

在第二阶段他们更换原料，改为纯净的人尿作底物。研究团队从健康人体匿名收集尿液，汇集并在室温下存储到一个收集桶里，直接作为MFC的进料。尿液的pH为8.6-9.4。

高10cm，内直径3.6cm的赤陶材质MFC

实验内容

研究团队使用Agilent的数据采集器（DAQ）记录电压，从而算出电流和功率值。另外也测量污水和生成的阴极电解液pH值和电导率。极化实验使用的电阻值在30kU -11U之间，使用自动变频的电阻器每3分钟变化一次，每30秒记录一次数据。

MFC生成的阴极电解液作为异位沉淀剂，用于不同的金属/盐溶液，例如氯化铁，硫酸铜和氯化锌。具体操作是将0.1g目标盐样品溶于玻璃通用瓶中，里边分别装有20mL经测试的阴极电解液和去离子水（对照）。

极化实验的结果如下图所示：测试的三个反应器的实际发电功率都超过1mW，而MFC1、MFC2、MFC3最大值分别为1.47mW、1.37 mW和1.71 mW。间隔30秒的采样频率下得到的功率曲线波动显示了试验期间MFC的真实运行情况，也是电阻器运行得到的结果因为在施加电阻的时候，MFC的运行需要一个稳定器。

三个MFC的极化实验结果

极化实验之后，他们用乙酸/废水作为进料，进行了为期31天的固定负荷的序批式运行。

三个MFC的功率在31天固定负荷下的性能曲线

由于是分批进料操作，功率性能在每次进料循环中会随时间减小，但每当有新料补充后，功率水平就得以恢复。值得注意的是，MFC的实时性能（平均约1.2 mW）与极化实验期间记录的功率输出水平相当。

阴极电极形态变化

在运行期间，研究团队观察到澄清液体的形成，并将其收集到内室中，而且这些液体的积累能改善反应性能。阴极电解液的形成机理与电渗阻力和被动扩散作用有关，而且系统产出的功率越大，阴极室里就可以产生越多的阴极电解液。这种电渗流的优点在于其运输方式是在微流体回路中运输分析物的有用手段，似乎也适合这种赤陶材料搭建的MFC反应器。

阴极电极形态观察结果：（a）活性炭层的照片;（b）400x放大倍数下的活性炭层的电子显微图像;（c）在（15,152x）高放大率下活性谈的ESEM图像;（d）靠近空气一侧的气体扩散层的照片;（e）400x放大倍数下的气体扩散层的电子显微图像;（f）960x放大倍数的的气体扩散层。

上一页页码：[<< 1 2 3 >>] 下一页 共3页