微生物燃料电池产电性能的研究
专
班业： 生物化工工艺 级： 学生姓名： 指导教师66
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一、 课题分析
一篇优秀的论文是建立在一份出色的开题报告的基础上的，同时缺不
了许多价值很大的参考文献，所以参考文献则显得尤为重要，包括中文文
献和英文文献。
(一)采取的检索工具1，中国知网(期刊)
2,中华人民共和国知识产权网（专利）
(二)确定检索的途径是关键词检索，初步确定检索词为“微生物燃料电池”“产
电”和“性能”。
(三)文献检索策略
1， 期刊论文检索
操作步骤：（1）打开中国知网，进入高级检索界面
（2）以“微生物燃料电池”“产电”和“性能”为关键词进
行检索
检索结果：搜索到相关的文献117篇，选择具有代表性的几篇文献下载
2，专利文献检索
操作步骤：(1)打开中华人民共和国知识产权局网站，点击该页面中“专
利检索”的“高级检索”
(2)在检索项“名称”内输入“微生物燃料电池 产电性能”
进行检索检索不到相关的文献.。
(3) 去掉性能进行检索，检索不到相关的文献；去掉“性能”
和 “产电”进行检索。
检索结果: 检索到相关文献87条，选取几篇进行了下载和阅读
(四) 检索文献汇总
1， 产电微生物菌种的筛选及其在微生物燃料电池中的应用研究 黄杰勋
中国科技技术大学 【博文】中国科技技术大学 2009-11-01
2， 电子中介体固体化及其在微生物燃料电池阳极的应用 王凯鹏 武汉
大学【博文】武汉大学2010-09-01
3， 废水处理新概念——废水处理新概念——微生物燃料电池技术研究进
展 孙健；胡勇有华南理工大学环境科学与工程学院；华南理工大学环境科学与工程学院 【期刊】工业用水与废水 2008-02-28
4，
功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究 莫光权 华南
理工大学 【博文】华南理工大学 2010-09-01
5， 微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究 强琳；袁林江；丁擎 西
安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育重点实验室 【期刊】水资源与水工程学报 2010-08-15
6， 微生物燃料电池及介孔磷酸锆阳极材料的电化学研究 张领艳 北京
工业大学 【硕士】北京工业大学 2011-06-20
7， 微生物燃料电池阴极性能化及传输特性研究 付乾 重庆大学 【硕
士】重庆大学2010-05-01
8， 微生物燃料电池在污水处理领域应用的最新进展 谢珊；欧阳科；陈增
松 五邑大学化学与环境工程学院；嘉江市环境科学研究所有限公司 【期刊】广东化工 2010-07-25
9， 微生燃料电池中产电微生物的研究进展物 谢丽；马玉龙 宁夏大学
【期刊】宁夏农林科技 2011-07-10
10，同步污水处理发电技术——微生物燃料电池的研究进展 刘道广，陈银广
（同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，，上海200092
11，微生物燃料电池生物质能利用现状与展望 黄丽萍，成少安 大连理工大
学环境学院 工业生态与环境工程教育部重点实验室 大连 116024
12，微生物燃料电池处理模拟含硫废水的初步研究 毛艳萍，蔡兰坤，张乐华，
宋艳婷，黄光团，刘勇弟 华东理工大学资源与环境工程学院，上海200237 13，低强度超声波改善微生物燃料电池产电效能 姚璐 李正龙 刘 红 北京
航空航天大学材料科学与工程学院，北京10008 北京航空航天大学生物工
程系，北京10008
14，微生物燃料电池最新研究进展 范德玲；王利勇；陈英文；祝社民；沈树
宝 南京工业大学国家生化工程技术研究中心；南京工业大学材料科学与工程学院 【期刊】现代化工 2011-06-20
15，电化学产电菌分离及性能评价 冯玉杰；李贺；王鑫；何伟华；刘尧兰 哈
尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室 【期刊】环境科学 2011-11-15
16，黄姜废水微生物燃料电池产电去污性能研究 李辉；朱秀萍；徐楠；倪晋
仁 北京大学深圳研究生院环境与能源学院城市人居环境科学与技术重点实验室；北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室 【期刊】环境科学 2011-01-15
17，海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究李魁忠；付玉彬；徐谦；
赵忠凯；刘佳 中国海洋大学材料科学与工程研究院 【期刊】材料开发与应用 2011-06-15
18，矩形微生物燃料电池性能的分析 张培远；刘中良 北京工业大学传热强
化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室
【期刊】微生物学通报 2011-06-20
19，以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性 罗勇；张仁铎；李婕；
李明臣；张翠萍；刘广立 中山大学环境科学与工程学院 【期刊】中国环境科学 2010-06-20
20，加入多孔球形颗粒微生物电池的性能研究 王晖；杨平；郭勇；廖勋；李
小芳；汪莉四川大学建筑与环境学院 【期刊】环境工程学报 2010-02-05
二，文献阅读
我以微生物燃料电池的废水处理进行相关的研究，对下载的文献进行泛读，选取其中的6篇文献进行精读，共花费了4个小时进行阅读，对摘录下来的文献进行分类和汇总，经整理分析，花了三个小时完成论文的撰写。
三，论文
微生物燃料电池产电性能的研究
徐州工业职业技术学院 化学工程技术学院 生化102班 100010922
【摘要】微生物燃料电池(Microbial fuel cell, 简称MFC)是将解决环
境污染问题与生产新能源有机接合起来的新技术之一。它是利用微生物作为生物催化剂将污染环境的有机生物质转化为电能的装置, 可利用各种污水为原料并能产生洁净能源, 具有燃料来源多样化、无污染、能源利用效率高、操作条件温和、生物相容性强、安全、高效、连续等优点。其鲜明的特点和多功能特性已引起了人们广泛的关注, 具有在微生物传感器、生物修复、污水处理等方面广泛应用的前景。本文章对微生物燃料电池在废水处理领域的研究进展进行综述。
【关键词】微生物燃料电池 废水处理技术
微生物燃料电池是一种新兴的生物质能利用技术，借助阳极产电微生物
的催化作用将底物( 如有机酸、糖类等) 的化学能直接转化为电能，具有在降解污染物的同时回收能源的特点，为污水资源化提供了新途径.尽管传统的厌氧和好氧生物法也能够降解这类物质,但能耗较高,且废水中巨大的有机能量得不到有效利用.利用MFC 技术降解这类物质并产生电能是MFC 处理废水的新思路与传统微生物燃料电池不同，这种燃料电池运行环境中的燃料和氧化剂既是天然的又是不断更新的，可用于低功率海洋设备的能源供给.微生物燃料电池将生物质化学能转化为电能，是一种具有经济效益和可持续
发展的过程。是很值得重视的一种清洁能源。
一、微生物燃料电池的应用原理
从电化学的角度讲，微生物燃料电池工作原理与传统的燃料电池存在许
多共同之处。值得注意的是，MFC 是一种复合型体系，兼具厌氧处理和好氧处理的特点。从微生物水平上讲，它可以看作是一种厌氧处理工艺，细菌必须生活在无氧的环境下才能产电；而就整体而言，阴极室是耗氧的，氧气是整个体系的最终电子受体，因此它又是好氧处理工艺，只不过氧没有直接用于微生物的呼吸。．生物燃料电池的工作过程分为几个步骤：
① 在阳极区，微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化，伴 随电子和质子(NADH)的释放；②释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上；③电子通过导线转移到阴极区，同时，由NADH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区；④在阴极区，电子、质子和氧气反应生成水．随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行，在外电路获得持续的电流，在传统的生物燃料电池中，投加一些具有低电位的物质作为微生物传递电子的中介体不但会对微生物产生毒害作用，而且会增加基建投资费用以及运行和管理的复杂性．前不久，Bond等人发现，在海底的沉积物中存在一种细菌可以不需要电子转移中介体直接氧化有机物，如果利用导线将电子导出，可以获得连续的电流M J，此外，人们发现，微生物可以自身产生一些转移电子传递体来促进电子向电极表面的转移。
生物燃料电池不仅能够以单一的碳水化合物作为燃料发电，而且能够从
废水中的有机污染物中回收电能并同时处理废水．和传统的废物资源化的方法相比，生物燃料电池可以在中温甚至低温条件下高效产电，产生的气体无
需进一步处理，产生的污泥量少，节省了气体和污泥的处理费用。
二、微生物燃料电池的研究发展历程
利用微生物产电最早可以追溯到1911 年, 英国达拉谟大学植物学教授Potter 等对酵母和大肠杆菌的实验研究。他们将金属铂电极置于菌体悬浮液中发现有微弱的电流产生。后来, 剑桥大学的Cohen 教授等利用微生物细胞构建了一个输出电压高于35 V 的电池堆。但由于存在众多理论问题和技术难点, MFC 技术研究进展缓慢。直到20 世纪70 年代, MFC 技术这一概念才被明确下来。80年代后, 电子传递中间体的广泛使用使得MFC 功率输出有了很大提高。并于1991 年实现了MFC 处理家庭污水。进入21 世纪后, 随着“Electrode -reducing microorganisms that harvest energy frommarine sediments”一文在Science 上的发表, 能直接将电子传递给固体电极受体的微生物的发现, 使得MFC 迅速成为环境保护领域研究的新热点。
在以往的研究中, 一般是将MFC 的阴极浸入到含饱和氧的水中, 以溶解氧作为电子受体。但氧在水中的溶解性较差, 而且基质传递受限, 致使其在电极表面的还原较慢。最近研究表明, 以空气中的氧直接作为电子受体的空气型阴极可以克服这些缺点, 进一步提高MFC 功率输出。这样就可以省去阴极室, 而构建出单室型MFC。Liu H. 等将单室型MFC 应用于生活污水处理, 采用连续运行方式, 取得了26 mW/m2 的功率密度和80% 的COD 去除率。虽然相对于利用其他简单有机化合物( 如乙酸) 时产电功率较低, 但这一研究成果在某种程度上证明了利用实际污水产电的可行性。
三、MFC技术在废水领域的具体应用
（1）含硫废水的初步研究
含硫废水主要来源于制革、造纸、石化、印染、制药和炼焦等行业。由于该类废水中含硫化物浓度高、涉及行业广、废水排放量大、污染负荷高、毒性大，且会腐蚀废水构筑物『1]，因此处理含硫废水显得非常必要和紧迫。目前针对废水中硫化物的处理方法通常有气提法和生化法 等。这些方法存在许多局限性用，如：处理费用高、运行不稳定等。最近提出了采用微生物燃料电池处理含硫废水的方法，在产电的同时，还能回收单质硫，产生较好的经济效益。
从20世纪9O年代起，MFC技术出现了较大突破，在环境领域的研究和应用也逐步发展起来。2002年美国马萨诸塞大学研究人员在海底沉积物MFC中发现， 电能的产生与硫化物的氧化紧密相关[81。2006年比利时根特大学[91报道了MFC把S 氧化成单质硫或者更高价硫的研究成果， 以厌氧反应器的出水作为MFC的进水，经处理后S 的去除率近100％。2007年浙江大学基于需盐脱硫弧菌构建的MFC运行性能良好[1Ol。此外，Zhao等在单室MFC 中引入硫酸盐还原菌Desulfovibriodesulfuricans回收单质硫，废水中硫化物和硫代硫酸盐的去除率分别达到91％和86。研究表明MFC技术在含硫废水中有很大的应用前景。
（2）黄姜废水的处理
黄姜废水是一种高浓度、难降解的工业废水，来源于黄姜皂素提取工业. 废水主要产生于工艺的酸水解环节，因黄姜中淀粉、纤维素、薯蓣皂苷、色素、单宁酸等成分在强酸作用下生成形形色色的水解产物，故所排放废水不仅呈强酸性，且有机污染物成分复杂、浓度高，严重破坏当地水体生态环境.
尤其是黄姜皂素产业集中于丹江口水库周边，给南水北调中线水源区的水质安全带来隐患。
微生物燃料电池具有在降解污染物的同时回收能源的特点，为污水资源化提供了新途径. 已有研究表明，产电微生物可利用底物范围广泛，生活废水、养猪废水、酿酒废水、食品废水、淀粉废水等都可以作为MFC 的“燃料”，但由于废水水质差别，MFC 产电去污效果有所差异. 王超、李兆飞等初步尝试利用MFC 处理黄姜废水，探讨了接种污泥来源、进水COD 和SO2 －浓度对MFC 性能的影响，获得了利用MFC 技术处理黄姜废水的基础数据。在利用MFC技术处理过的黄姜废水中，主要检出成分为长链脂肪酸、酯，环烷、烯烃，以及含苯环结构的脂类物质，可以推测呋喃类物质及部分酚类物质在MFC 产电过程中被分解利用，还有一部分酚类物质同废水中的有机酸结合生成酯类. 通过进、出水IR 光谱的对比，发现含氮杂环化合物以及有苯环结构的污染物在产电过程中也可以被降解去除.黄姜废水MFC 对废水中结构复杂的有机污染物具有良好的去除效果。
四、小结与展望
随着全球能源短缺及污染的日益严重，MFC技术具有潜在的重要应用前景。微生物作为一种可替代的能源，由于在资源化过程和环境污染物降解中具有优越性，MFC已经被广泛用于环境和污染物的治理；如有机污染物(偶氮类染料)降解，脱氮、脱硫等。废水利用上也有很大的英勇前景微生物燃料电池的反应条件温和、集成性高、污泥产量低、操作简单、清洁高效， 在环境领域的应用前景非常诱人。
MFC 技术未来的研究工作应集中在基础理论研究、技术平台的构建、新材
料的开发、工艺条件和集成化研究等多个层面上同时展开, 这样才能兼顾MFC 研究的方方面面, 构建完整的MFC 理论体系和高效实用的MFC 技术平台, 逐步稳定提高MFC 产电功率, 逐一解决MFC 的关键技术问题,推动实现MFC 技术在实际废水处理中的应用，微生物燃料电池是一项具有广泛前景的绿色能源技术，是未来能源的一个重要保障。微生物燃料电池的反应条件温和、集成性高、污泥产量低、操作简单、清洁高效， 在环境领域的应用前景非常诱人。近年来，微生物燃料电池的研究取得了突飞猛进的发展， 提高微生物燃料电池的产电效率， 使其真正应用于工业化， 成为一种可代替的清洁能源。
【参考文献】
1， 废水处理新概念——废水处理新概念——微生物燃料电池技术研究进展 孙健；胡勇有 华南理工大学环境科学与工程学院；华南理工大学环境科学与工程学院 【期刊】工业用水与废水 2008-02-28
2, 黄姜废水微生物燃料电池产电去污性能研究 李辉；朱秀萍；徐楠；倪晋仁 北京大学深圳研究生院环境与能源学院城市人居环境科学与技术重点实验室；北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室 【期刊】环境科学 2011-01-15
3, 微生物燃料电池处理模拟含硫废水的初步研究 毛艳萍，蔡兰坤，张乐华，宋艳婷，黄光团，刘勇弟 华东理工大学资源与环境工程学院，上海200237
4, 同步污水处理发电技术——微生物燃料电池的研究进展 刘道广，陈银广（同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，，
上海200092
5, 微生物燃料电池在污水处理领域应用的最新进展 谢珊；欧阳科；陈增松 五邑大学化学与环境工程学院；嘉江市环境科学研究所有限公司
【期刊】广东化工 20110-07-25
6 微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究 强琳；袁林江；丁擎 西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育重点实验室 【期刊】水资源与水工程学报 2010-08-15