【正文】 ，陽極人工廢水的 COD 處理率較加藻期和換載鉑電極期相差不大。 小球藻 藻液 OD 值通過 上海美譜達儀器有限公司的 紫外分光光度計測定 溶氧值由上海雷磁溶解氧測定儀測定 實驗材料處理方法 （ 1） .陰陽極電極材料的處理： 將電極材料分別于 HCl（ 1mol/L）中浸泡 24h 以去除雜質(zhì)離子，使用后再用 NaOH（ 1mol/L）浸泡 24h 去除表面吸附的細菌，以便重復(fù)使用。電流由 I=U/R 計算而得。2H2O NaCl 1 陰極液為磷酸緩沖液，其具體組成如下表： 表 24 陰極緩沖液 Table24 The cathodic buffer 成分 加入量 KCl Na2HPO4 4. 576g/L NaH2PO4 陰陽極液配置好后均調(diào)至 pH=7。 陽 極室供給的 底物 為葡萄糖 人工廢水 ，其組成為 ： 表 21 陽極培養(yǎng)液 Table21 The anodic medium 成分 加入量 維生素母液 礦物質(zhì)母液 葡萄糖 1g/L 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 NH4Cl KCl Na2HPO4 4. 576g/L NaH2PO4 其中維生素母液和礦物質(zhì)母液組分分別如下表： 表 22 維生素母液 Table22 The vitamins liquid 維生素母液成分 濃度（ g/L） B12 VH 葉酸 煙酸 對氨基苯甲酸 VB5 VB6 1 B2 VB1 硫辛酸 泛酸 表 23 礦物質(zhì)母液 Table23 The minerals liquid 礦物質(zhì)母液成分 濃度（ g/L） AlK（ SO4） 通過近年來不斷地研究， MFC在實際應(yīng)用的道路上正一步步向前邁進，隨著其效能及成本方面的不斷突破， MFC作為一種新型清潔能源的前景將不可忽視。該 MFC綜合系統(tǒng)可以同時達到收獲電能、生物柴油和 CO2捕捉的三重功效，具有可觀的經(jīng)濟價值。 藻菌協(xié)同產(chǎn)電的現(xiàn)象在自然生境中多見。 微藻產(chǎn)氫產(chǎn)電方式也可分為原位和異位兩種。于是推測電子不僅僅只能來自呼吸電子傳遞鏈或通過 H2氧化產(chǎn)生，還可以通過光合電子傳遞鏈產(chǎn)生 [13]。陳輝等 [8]在沉積型MFC陽極區(qū)中投加未經(jīng)脫水脫毒處理的藍藻，與相同條件下葡萄糖為底物的 MFC相比，此MFC輸出電量有所上升，并獲得了 。但此 MFC的能量利用效率僅為 %，與當時傳統(tǒng)的太陽能電池技術(shù)相比還很低，因此相關(guān)研究一度停滯 。以有質(zhì)子交換膜的雙室微生物燃料電池為例（如圖 1），它的工作原理 [3,4]是 :在陽極區(qū)，微生物將有機底物氧化，這個過程要伴隨電子和質(zhì)子（ NADH)的釋放 。目前國際社會關(guān)注的全球性環(huán)境問題主要包括 :臭氧層破壞、溫室效應(yīng)和氣候變暖、大氣污染和酸雨、生物多樣性減少、放射性物質(zhì)污染、海洋污染和海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞等，尤其是全球氣候變化、酸雨和大氣污染、海洋污染和海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞等重大環(huán)境問題，日益受到世界各國的普遍關(guān)注。 關(guān)鍵詞 :小球藻， 微生物燃料電池（ MFC）， 生物陰極 ，輸出電壓 Basic characteristics research of a novel MFC with Chlorella biocathode Abstract With worldwide energy shortage and environmental pollution increasing, the development of new environmentally friendly wastewater treatment process to recover energy has bee an important field of environmental engineering direction. Microbial fuel cell(MFC) with energy microalgae biocathode can be simultaneously achieved pollution control, zero carbon emissions, power generation, CO2 capture, and algae biodiesel and other valuable residue recycling multiple effects, has broad application prospects. In this paper, the innovative design of their own beneficial to the Growth of the cathode MFC reactor as an experimental model, the first to start its normal operation liquid cathode, anode producing electricity Enrichment be mature, stable power battery production were investigated after the normal cathode run, adding algae into the cathode, the cathode electrode of Pt and the cathode light of this ongoing cycle of four different operating conditions, the MFC producing electricity, the growth of Chlorella and dissolved oxygen conditions in the cathode, and the COD treatment situation of the artificial water in anode . The results show that adding Chlorella into the cathode production after the MFC power level, dissolved oxygen level of the cathode, anode COD artificial wastewater treatment rate had a significant increase and, ultimately, the greatest period of continuous light cathode output voltage is , is times as the normal operation 。 本文利用自行創(chuàng)新設(shè)計的陰極利于小球藻生長的 MFC 反應(yīng)器作為實驗?zāi)Ｐ?，首先以正常陰極液對其進行啟動運行，待陽極產(chǎn)電菌富集成熟，電池產(chǎn)電穩(wěn)定以后分別考察了陰極正常運行期、陰極加藻期、陰極換載鉑電極期、陰極持續(xù)光照期這四個不同周期運行條件下該 MFC 的產(chǎn)電情況、陰極小球藻的生長情況、陰極溶氧情況及陽極人工廢水的 COD處理情況。世界能源危機是人為造成的能源短缺。 微生物燃料電池 微生物燃料電池 (MFC)是利用酶或者微生物作為陽極催化劑，通過其代謝作用將有機物氧化產(chǎn)生電能的裝置，它屬于生物質(zhì)能利用技術(shù)中的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。以葡萄糖為例，其反應(yīng)式如下 : 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 圖 11 MFC的結(jié)構(gòu)及原理示意圖 [3] Schametics of the structure and working principle of MFC 陽極反應(yīng) : C6H12O6+6H2O→ 6CO2+24H+ +24e (ll) E0= V 陰極反應(yīng) : 602+24H+ +24e→ 12H2O (l2) E0= V 微藻型微生物燃料電池 微藻與 MFC技術(shù)分別因其高關(guān)注度均發(fā)展很快，但將兩項技術(shù)進行結(jié)合（即微藻型MFC）開展相關(guān)研究的報道還比較少。 MFC可以通過陽極產(chǎn)電微生物的作用 對藻體進行水解和發(fā)酵，微藻在生長繁殖過程中也會分泌一些可溶性有機物 (例如多糖等 )被產(chǎn)電微生物所利用，最終產(chǎn)生清潔電能，這為微藻的資源化利用提供了一條新路徑?，F(xiàn)有研究報道證明 [11,12,13]微藻可以通過自身光合電子傳遞鏈或分解胞內(nèi)碳水化合物 (例如糖原 )直接產(chǎn)生電子，也可以間接提供電子。早在 1939年， Gaffron等 [18]就首次發(fā)現(xiàn)綠藻的產(chǎn)氫現(xiàn)象，現(xiàn)在已知能產(chǎn)氫的藻類 主要為綠藻和藍藻。 微藻生物陽極產(chǎn)氫產(chǎn)電 MFC的工業(yè)化瓶頸之一在于貴金屬催化電極（一般為鉑電極）的使用，此種電極成本高且不穩(wěn)定易中毒失活。 1964年 Berk等 [6]已提出這一構(gòu)想并進行研究，最近一些科學(xué)家也開始進行此項研究。到目前為止 ,雖然微生 物燃料電池的發(fā)電效率仍然比較低，距離大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用還有相當?shù)木嚯x [26]，但隨著微生物燃料電池技術(shù)在研制和開發(fā)應(yīng)用中取得不斷的進展，相信其作為一種清潔、高效而且性能穩(wěn)定的電源技術(shù)，將逐漸走進正式大型工業(yè)化應(yīng)用階段，使用微生物電池處理污水一方面可以為微生物燃料電池提供一個新的研究方向，另一方面，為處理污水，將無用資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮a(chǎn)能量的有用資源提供了新的發(fā)展方向。 第二章 實驗材料與方法 7 第二章 實驗材料與方法 主要試劑及儀器 主要試劑 表 21 實驗主要試劑列表 Table21 The main reagents used in the experiments 試劑名稱 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 鹽酸 分析純 AR 上?；瘜W(xué)試劑有限公 司 氯化鈉 分析純 AR 上海中試化工總公司 氯化銨 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠 磷酸氫二鈉 化學(xué)純 CP 汕頭市西隴化工廠 氫氧化鈉 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠 磷酸 二 氫鈉 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠 氯化鉀 分析純 AR 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司 葡萄糖 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠 B12 生物試劑 BR 上海市國藥集團化學(xué)試劑有限公司 VH 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司 煙酸 化學(xué)純 CP 上?；菖d生化試劑有限公司 VB5 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司 VB6 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司 B2 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司 VB1 生化試劑 BR 上海惠興生化試劑有限公司 CaCl27H2O H3BO3 MgSO4 3 MnSO42H2O 10mL K2HPO4 CODout 一反應(yīng)終止時陽極液的 COD， mg/L。 第三章 結(jié) 果與討論 15 0 100 200 300 400 5000100200300400500電壓(mV)運行時間(h) 正常運行期 陰極加藻期 陰極換載鉑電極期 持續(xù)光照期 圖 31 各周期輸出電壓的情況 Figure31 The cycle of the output voltages 各周期陰極藻的生長情況 如圖 32 所示，陰 極加藻期和陰極換載鉑電極期小球藻的生長均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，分析原因為陰極剛加入小球藻時，陰極電極碳氈或載鉑碳紙會對小球藻有所吸附，因此導(dǎo)致初期溶液中的小球藻數(shù)量有所降低，隨著反應(yīng)的進行，陰極電極上小球藻的吸附達到飽和，同時溶液中的小球藻亦開始生長，所以后期小球藻 OD 值開始上升。 （ 3） MFC 陰極正常運行期時的內(nèi)阻最大（為 ） ，最大輸出功率密度最低（ mW/㎡ ），陽極人工廢水的 COD 處理率最低（為 %）；陰極投加小球藻后，電池內(nèi)阻得到大幅度的降低，最大輸出功率密度及陽極人工廢水的 COD 處理率均有了明顯的升高；陰極換載鉑電極 后內(nèi) 阻較陰極加藻期略有下降，但最大輸出功率密度有了大幅度的提高，為陰極加藻期的 9,1 倍，而陽極人工廢水的 COD 處理率相差不大；最終 陰極持續(xù)光照期內(nèi)阻最低（為 ），是正常運行期的 倍，最大輸出功率密度達 ㎡ ， 是 正常運行期 的 倍 ，陽極人工廢水 處理 10d 后 的 COD 處理率 為 %。en J,