【正文】 后迅速上升至 ，分析原因?yàn)殛帢O小球藻由光暗間歇培養(yǎng)變?yōu)槌掷m(xù)光照培養(yǎng)后暫時(shí)不能適應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)代謝異常，溶氧降低，因此電壓降低，在很短的時(shí)間內(nèi)，藻細(xì)胞經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)適應(yīng)了新的培養(yǎng)條件后，細(xì)胞生長(zhǎng)代謝趨于正常，溶氧水平升高，電壓升高，最大輸出電壓為 ，較上一周期相差不大，此后電壓持續(xù)緩慢下降，分析原因?yàn)殛?yáng)極底物的消耗及持續(xù)光照條件下小球藻生長(zhǎng)代謝導(dǎo)致的陰極液 PH 變化使得產(chǎn)電水平緩慢降低。（2）將小球藻放至 MFC 的陰極室進(jìn)行培養(yǎng)，在初期由于碳電極的吸附作用，藻液OD 值有所下降，但隨著藻細(xì)胞生長(zhǎng)代謝的進(jìn)行，OD 值開始上升，說(shuō)明 MFC 陰極室培養(yǎng)小球藻并不會(huì)對(duì)其造成毒害，小球藻生長(zhǎng)情況良好。 der U, Nie223。我們可以相信隨著微藻技術(shù)和MFC 技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微藻型 MFC尤其是微藻生物陰極型MFC因其獨(dú)特的環(huán)境友好型及可持續(xù)性優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程指日可待。第三章 結(jié)果與討論17培 養(yǎng) 時(shí) 間 (d) 陰 極 加 藻 期陰 極 換 載 鉑 電 極 期 陰 極 持 續(xù) 光 照 期圖 32 各周期陰極藻的生長(zhǎng)情況Figure 32 Cathode of the algae growth cycle 各周期陽(yáng)極人工廢水的 COD 處理情況如表 31 所示，MFC 陰極正常運(yùn)行期時(shí)的內(nèi)阻最大，最大輸出功率密度最低，陽(yáng)極人工廢水的 COD 處理率最低；陰極投加小球藻后，電池內(nèi)阻較正常運(yùn)行期時(shí)降低了，最大輸出功率密度升高為正常運(yùn)行期的 倍，陽(yáng)極人工廢水的 COD 處理率也于 12d 后達(dá)到 %；當(dāng)陰極電極更換為載鉑碳紙后，電池內(nèi)阻較陰極加藻期又有所降低（降低了 ） ，而最大輸出功率密度則較陰極加藻期有了大幅度的提高（為陰極加藻期的 倍） ，陽(yáng)極人工廢水的 COD 處理率則相差不大；陰極持續(xù)光照期時(shí)的內(nèi)阻最小，最大輸出功率密度最大，陽(yáng)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(guò)上海美譜達(dá)儀器有限公司的紫外分光光度計(jì)測(cè)定溶氧值由上海雷磁溶解氧測(cè)定儀測(cè)定 實(shí)驗(yàn)材料處理方法（1）.陰陽(yáng)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(xì)菌，以便重復(fù)使用。電流由 I=U/R 計(jì)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/LNaH2PO4 陰陽(yáng)極液配置好后均調(diào)至 pH=7。陽(yáng)極室供給的底物為葡萄糖人工廢水，其組成為：表 21 陽(yáng)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第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法11NH4Cl KCl Na2HPO4 4. 576g/LNaH2PO4 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(duì)氨基苯甲酸 VB5 VB6 1B2 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（SO 4）通過(guò)近年來(lái)不斷地研究，MFC 在實(shí)際應(yīng)用的道路上正一步步向前邁進(jìn)，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(shí)達(dá)到收獲電能、生物柴油和CO 2捕捉的三重功效，具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。藻菌協(xié)同產(chǎn)電的現(xiàn)象在自然生境中多見(jiàn)。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(cè)電子不僅僅只能來(lái)自呼吸電子傳遞鏈或通過(guò)H 2氧化產(chǎn)生，還可以通過(guò)光合電子傳遞鏈產(chǎn)生 [13]。陳輝等 [8]在沉積型MFC陽(yáng)極區(qū)中投加未經(jīng)脫水脫毒處理的藍(lán)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 %，與當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的太陽(yáng)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(yáng)極區(qū)，微生物將有機(jī)底物氧化，這個(gè)過(guò)程要伴隨電子和質(zhì)子（NADH)的釋放。目前國(guó)際社會(huì)關(guān)注的全球性環(huán)境問(wèn)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(wèn)題，日益受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。世界能源危機(jī)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(yáng)極催化劑，通過(guò)其代謝作用將有機(jī)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: 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(yáng)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(xiàng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合（即微藻型MFC）開展相關(guān)研究的報(bào)道還比較少。MFC可以通過(guò)陽(yáng)極產(chǎn)電微生物的作用對(duì)藻體進(jìn)行水解和發(fā)酵，微藻在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中也會(huì)分泌一些可溶性有機(jī)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(bào)道證明 [11,12,13]微藻可以通過(guò)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(lán)藻。微藻生物陽(yáng)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(jìn)行研究，最近一些科學(xué)家也開始進(jìn)行此項(xiàng)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(dāng)?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(jìn)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(jìn)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(gè)新的研究方向，另一方面，為處理污水，將無(wú)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。南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文8第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法 實(shí)驗(yàn)材料 主要試劑及儀器 主要試劑表 21 實(shí)驗(yàn)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(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司VH 生化試劑 BR 上海惠興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 上海惠興生化試劑有限公司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?；菖d生化試劑有限公司CaCl27H2O H3BO3 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文12MgSO4 3MnSO42H2O 10mLK2HPO4 CODout 一反應(yīng)終止時(shí)陽(yáng)極液的 COD，mg/L。南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文16010203040501020304050電壓(mV)運(yùn) 行 時(shí) 間 (h) 正 常 運(yùn) 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(zhǎng)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(zhǎng)均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，分析原因?yàn)殛帢O剛加入小球藻時(shí)，陰極電極碳?xì)只蜉d鉑碳紙會(huì)對(duì)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(jìn)行，陰極電極上小球藻的吸附達(dá)到飽和，同時(shí)溶液中的小球藻亦開始生長(zhǎng)，所以后期小球藻 OD 值開始上升。（3）MFC 陰極正常運(yùn)行期時(shí)的內(nèi)阻最大（為 ），最大輸出功率密度最低（ mW/㎡） ，陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yùn)行期的 倍，最大輸出功率密度達(dá)㎡， 是正常運(yùn)行期的 倍，陽(yáng)極人工廢水處理 10d 后的 COD 處理率為%。en J, Scholz F. A generation of microbial fuel cell with current outputs boosted by more than one order of magnitude[J]. Angew Chem Int Ed., 2022, 115:2986?2989. [20] Harnisch F, Schro168。 展望近年來(lái)，光合微生物燃料電池的研究開始復(fù)興，其中尤以微藻型微生物燃料電池占為主導(dǎo)，而其中的微藻生物陰極型MFC 因可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水處理、零碳排放、 CO2捕捉、太陽(yáng)能捕獲及電能、生物柴油、藻體殘?jiān)扔袃r(jià)回收的多重效果，再度成為一大研究熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，將小球藻放至 MFC 的陰極室進(jìn)行培養(yǎng)，并不會(huì)對(duì)其造成毒害，小球藻生長(zhǎng)情況良好。 p