微生物燃料电池及其在环境领域的应用

微生物燃料电池及其在环境领域的应用　李红狮　（烟台市环境监控中心摘要：当前在环境污染和能源短缺的双重压力下，　微生物燃料电池以其高效、清洁、环保的独特优点得到人　们重视．并成为环境领域的研究热点。介绍其在处理废水　机制的前景．在相关领域的多功能应用，以期望这一环保　山东烟台２６４００３）　１．３研发ＭＦＣ测试系统　我们基于ＭＦＣ系统的特点和特殊要求，需要开发出ＭＦＣ测　试仪等仪器。这些测试仪器的硬件主要包括数据采集卡，数据处　理芯片和电源。仪器的构造简单实用，为电池系统的性能测试提　供了技术支持。ＭＦＣ测试仪器的电压范围为±ＩＯＶ，电流范围为±　２５０　ｍＡ。仪器的数据采集速率为１０　ｋＨｚ。仪器通过ＵＳＢ接口与　ＰＣ连接并通信。仪器适合于系统的测试和评估微生物燃料电池。　技术不但能在未来水污染治理中发挥功效．而且在此过程　中伴随能源的产生能够为解决能源问题做出一定贡献。　关键词：微生物燃料电池；废水处理；其他应用　微生物燃料电池（Ｍ　ｉｃｒｏｂ　ｉａ　Ｉ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅ　ｌ，ｌ　ＭＦＣ）是一种以微生物　为催化剂，将有机物中的化学能转化成电能的装置，是生物技术　２微生物燃料电池的其他应用　微生物燃料电池除了可进行能源生产以及废水处理外，尚有　包含发酵产氢、微生物电解电池（产氢、产甲酸）、生　与电池技术相结合的产物。自１９９１年出现了利用ＭＦＣ处理城市　许多其他应用，脱盐（海水、尿）及生化合成反应器等方面应用。　污水的报道，证实了该技术可用于污水废水处理。ＭＦＣ不仅可以　物传感器、１发酵产氢微生物燃料电池　从易生化降解的有机物中获取电能，也可以从一些难降解的有机　２．其原理在于正常状况下，细菌分解葡萄糖、淀粉、纤维素发酵　物中获取电能。下面就对ＭＦＣ更有效的发挥实际应用做一个简　要的综述。　１微生物燃料电池处理废水机制的前景　时产生氢气，氢气导入于含有化学催化剂的阳极上反应产生电子　和质子。由于此反应系统算是燃料电池系统，但系统中由于具有　微生物参与，因此也算是微生物燃料电池之一。　２微生物脱盐电池　上世纪９Ｏ年代末期，吉姆博士实验室研究团队证实能够使　２．微生物脱盐电池的基本原理是通过在微生物燃料电池中设置　用细菌以及已知浓度的乳酸废水建构ＭＦＣ系统来进行产电，在　阳离子交换膜，通过微生物燃料电池的内电流使得　同个时间段，他们又发现淀粉工业产生的废水能维持ＭＦＣ进行　阴离子交换膜、持续产电。２００４年，在罗根实验室研究团队的努力下，更证实　钠离子以及氯离子进行固定方向移动而脱盐。与典型的脱盐技术相　微生物脱盐电池方法简单，能耗低且效率高。微生物脱盐电池不　ＭＦＣ能在处理生活废水的同时具有生物产电能力，其产电电功率　比，也可应用于将尿液淡化为可饮用水。　密度更可达２６　ｍＷ　ｍ　，因此，ＭＦＣ同时进行废水处理和产电这一　仅可应用在海水淡化，３生医领域应用　可行性环保技术正式被确立出来。ＭＦＣ起初由于产电效率低，能　２．微生物燃料电池可应用于驱动超威型心脏起搏器的植入电　量转换率低而并不受到产电学界的关注，直到２００３年拉贝教授　提取部分血糖作为基质发电，可长期运行无需替换；也有学者　研究团队通过混菌培养的方式，在不添加化学电子中介体的条件　源，可植入人体作为生物传感器，利用　下，以葡萄糖作为基质，其产电电功率密度可达３．６Ｗｍ　，如此优　开发出微型血糖浓度检测仪，异的效果将各领域眼光再度吸引到ＭＦＣ这一研究课题上。当前，　血糖维持自我运行，同时发送电磁信号向接受信号仪器传递血糖　具有长时间监测血糖的功能。　将ＭＦＣ更有效的应用环保工程，还需要在以下三个方面进一步　浓度信息，系统研究。　３结语　１．１研发新型微生物燃料电池装置　综上所述，微生物燃料电池作为一种利用微生物将有机物中贮　ＭＦＣ在实验室中广泛使用的，发电效率最高的为双室型电　藏的化学能直接转化成电能的装置，其应用于废水处理，相比于传统　池。传统的双室型ＭＦＣ由于电极之间距离远，电池的欧姆损失　的物理化学处理方式，拥有低成本、高效率、环境友善性高等特Ｉ生。此　大，导致电池的内阻增加，输出功率下降。目前已报道的使用质子　外，其处理废水过程中伴随着能源的产生，从长远角度来说，是一种可　交换膜或盐桥做阴阳极室分隔措施的其它形式的ＭＦＣ内阻一般　持续开发利用的环保清洁能源，具有很大的研发前景。微生物燃料电　在几百到几千欧姆甚至更高。所以只有通过不断地实验及其改　池的实际应用虽然还面临着一些难题需要克服，但近２Ｏ年来生物技　进，设计出结构独特的新型双室型ＭＦＣ装置，才能大大减少电池　术的巨大发展，为微生物燃料电池研究提供了巨大的物质、知识、和技　的内阻。理论上，只要把电池的内阻控制在约为２００ｎ左右即可。　术储备。所以生物燃料电池有望作为一种有潜力的环保能源取得重　这种内阻小的电池构型可以大大的提高ＭＦＣ的功率输出，达到　要进展，必定能够为环境保护及能源危机做出自己的贡献。　定得发电量。　参考文献　１．２研发新型控温ＭＦＣ装置　【１】孙健，胡勇．有废水处理新概念一废水处理新概念一微生物燃料　温度是影响产电微生物生长和繁殖的最主要的因素之一，因　电池技术研究进展【Ｊ１＿工业用水与废水，２００８，０２，２８．　一此温度对于ＭＦＣ系统的产电性能的影响较大。为了研究温度对　【２】李辉，朱秀萍，徐楠，黄姜．废水微生物染料电池产电去污性能研　ＭＦＣ系统的产电微生物和产电性能的影响，需要不断改变ＭＦＣ　究ｌＪ］．环境科学，２０１　１，０１，１５．　系统所处的环境温度，为此，在实际应用中，还要设计新型控温　【３］强琳，袁林江，丁擎．微生物燃料电池处理生活污水产电特性研　ＭＦＣ装置，来保证ＭＦＣ在恒温下运行。　究［Ｊ］．水资源与水工程学报，２０１０，０８，０１５：　《资源节约与环保》２０１５年第１０期