微生物燃料電池技術發展及其應用前景探討

李婉君

中山市環境監測站

微生物燃料電池技術發展及其應用前景探討

李婉君

中山市環境監測站

現今時代的進步和科技水平日益提升，科學技術領域成就顯著，其中，微生物燃料電池技術的發展相對較快。微生物燃料電池技術（Microbial Fuel Cell，MFC），是一種先進的能源技術，通過微生物催化化學燃料，如糖或有機酸等能源轉化為電能。微生物燃料電池技術的應用前景十分廣闊，本文就其應用作相關探討，期望能為微生物燃料電池技術的應用水平的提高提出一些建議和幫助。

微生物燃料電池技術；相關應用；MFC；廢水的處理

1 引言

過去一個世紀里，化石燃料是經濟發展和工業建設的重要能源之一，起著必不可少的作用。然而，由于化石燃料是不可再生資源，預估在未來的百年或百年后將被用盡，勢必會造成資源的緊缺。而現階段，化石燃料被大幅度的人工開采利用，這不僅破壞了生態環境，使生態失衡，還加劇了全球氣候變暖，使全球氣候進一步惡化。所以，對新能源進行相關方面的研究開發，是未來科研的重要部分，應當予以重視。其中，微生物燃料電池，作為新時代的環保能源之一，近幾年受到人們的好評，是目前國際上研討的熱點之一。本文就微生物燃料電池技術的發展，及其在生活廢水處理上應用作簡要探討。

2 微生物燃料電池技術發展

2.1 微生物燃料電池的工作原理

微生物燃料電池通過利用微生物分解有機燃料，將產生的化學能轉化為電能。最簡單的微生物燃料電池，通常由三部分組成，陰極、陽極和隔膜。陽極上的細菌分解出有機燃料，產生質子和電子，其中一些電子則通過一組呼吸酶的形式傳遞，細胞以ATP的形式獲得一定量的能量。另一部分電子則從外部電路被轉移到陰極。質子則以隔膜為載體被傳遞至陰極，陰極上電子與電子受體彼此間結合，從而形成閉合回路的環境。

2.2 反應器構型設計與改進

按照反應器的結構，現階段微生物燃料電池有兩種基本的結構，即單室和雙室。基于微生物燃料電池的相關工作原理，可做出多種變型。例如，陽極的陽離子交換膜和MFC中的陰離子交換膜之間，陰和陽兩個淡化離子室，兩室的離子膜的離子運動在電場力的作用下，從而達到淡化的效果，這種變化被稱之為微生物脫鹽電池。

2.3 電池與電極結構

陽極室和陰極室由質子交換膜（PEM）隔開，陽極的表面由細菌生長，氧化有機物釋放陽極上的電子，并且將質子釋放到溶液中去。在陰極上，溶解氧與電子和質子則通過曝氣的形式反應。

在MFC應用中，可生物降解的有機物在中間得到較為成功的應用。目前，常見的MFC的基本結構，主要的有有膜單室、無膜單室及常規雙室三種。結合MFC生物反應器的基本模式和配置及其相關研究，目前研制了許多新式新型的配置，如管狀填充MFC，MFC堆棧等。在MFC的廣泛應用中，由于PEM的成較高，同時會增加內部阻力，因此，在溶解污染物應用時，產生懸浮物的概率很高，往往會產生異常難聞的異味。此外，有關探討或研究發現，無PEM的情況下，應用中輸出的功率會增大，不失為一種科學、合理可行的MFC設計方案。

3 生物燃料電池的應用

3.1 處理污水的應用

MFC技術前景十分廣闊，技術應用上新穎先進。不僅可以降解相關有機污染物，而且可把降解有機物的能量轉化為電能和氫氣，并在不浪費電能的前提下，用于生產H2O2等物質。大量相關實驗證明，細菌可以應用于分解乳酸廢水與淀粉廢水。此外，相關研究發現MFC在處理生活污水時也能產生電能。

3.2 沉積物MFC

沉積物MFC的優點眾多，不僅其建造成本和運行費用較低，而且其結構較為簡單。在自然水體范圍內，MFC可長時間運行，并在陰極中形成相應的生物膜，在氧還原反應中起到一種主導作用。沉積物MFC，大多數情況下不運用陰極催化劑，因此其功率的輸出十分有限。因為沉積物MFC輸出的功率較低，現階段主要應用于遠程監測設備的情況中提供電力。

3.3 生物傳感器

根據MFC的工作原理，在一定濃度范圍內，MFC輸出電壓或電流與陽極基體濃度之間存在線性關系，因此它常被用于MFC傳感器基礎研究。BOD5的快速檢測正是利用該原理。此外，傳感器型MFC還能實時地監測UAFB中的沼氣流速、檢驗發酵液環境中的pH值，從而達到在厭氧硝化作用的動態變化過程中進行相關的監控目的。

4 結束語

現今時代的進步和科技水平的日益提升，微生物燃料電池技術的應用前景十分地廣闊，在不久的未來相信將會得到大幅度的應用。微生物燃料電池，其技術水平的進一步提高，在造福民生福祉的同時，也有引領時代的積極意義，影響深遠。微生物燃料電池技術，是當今國內和國際上熱議的研究課題，仍需國家予以一定關注，同時，相關的科研人員和工作者也要提高工作熱情，進行不懈的研發研究和探討。

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