【正文】 H 值通過上海盛磁 pH 計(jì)測定。7H2O 10mLNa2CO3 10mL微量金屬元素母液 1mL維生素 測定指標(biāo)及方法（1） 、電壓和電流實(shí)驗(yàn)過程中，微生物燃料電池的電壓由南京賀普 HPXY8B 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)。2H2O Na2Wo4南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文10圖 21 小球藻生物陰極型微生物燃料電池體系示意圖Figure 21 Chlorella Bio cathode microbial fuel cell system schematic 實(shí)驗(yàn)方法 MFC 的接種及啟動(dòng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以長期運(yùn)行 MFC 陽極出水及陽極碳?xì)稚细街纳锬?MFC 陽極菌種來源，陽極出水接種量為 200mL。在采用污水作為原料的MFC中，通過陽極的微生物修飾，將有效提高電池的輸出功率 [27,28]，同時(shí)對MFC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)優(yōu)化，從而提高性能降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，也是目前其發(fā)展改進(jìn)的一個(gè)大趨勢。首先對小球藻陰極半電池的可行性進(jìn)行驗(yàn)證：以亞鐵氰化鉀作為陽極半電池電子供體的條件下構(gòu)建的小球藻生物陰極型MFC，獲得70mv輸出電壓、(以陰極表面積計(jì)) 功率密度、( 以干藻重計(jì) )電流輸出；隨后陽極以Saccharomyces cerevisiae(釀酒酵母菌 )發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)乙醇，陰極光合培養(yǎng) Chlorella vulgaris的方式構(gòu)建了一個(gè)兩極完全微生物燃料電池， ，分析結(jié)果表明相對于陽極酵母菌的快速生長，陰極小球藻的緩慢生長速率是產(chǎn)電的主要限制因素；以上述研究為基礎(chǔ)，提出了以某生物乙醇制造廠已有發(fā)酵罐作為MFC電池系統(tǒng)的陽極半電池，在其周圍建立小球藻光生物反應(yīng)器陰極半電池的MFC綜合系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)想，并進(jìn)行了應(yīng)用策劃和經(jīng)濟(jì)可行性分析評估。 藻菌協(xié)同產(chǎn)電方式藻菌協(xié)同產(chǎn)電是光合自養(yǎng)的微藻與異養(yǎng)產(chǎn)電的微生物一起在MFC陽極室中光照培養(yǎng)，微藻光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物(例如分泌的多糖)供給異養(yǎng)產(chǎn)電微生物進(jìn)行氧化分解，MFC通過這種藻菌增效的方式進(jìn)行產(chǎn)電。此MFC中H2/H+(電極催化 H2氧化產(chǎn)生H +和電子)承擔(dān)了電子介體的作用，將微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的電子傳遞給陽極電極，1964年Berk等 [6]對這一過程進(jìn)行過驗(yàn)證。 微藻直接產(chǎn)電方式19801990年間，Tanaka課題組報(bào)道了一系列利用MFC 陽極室培養(yǎng)藍(lán)藻并產(chǎn)電的研究[11,12,13]，第一次證實(shí)微藻在光照培養(yǎng)時(shí)能產(chǎn)生電流，并且光響應(yīng)迅速。原位利用方式是將藻類作為底物直接加入MFC 陽極室進(jìn)行利用。他們以Rhodospirillum rubrum(紅螺菌屬)于陽極室厭氧光照培養(yǎng)，同時(shí)將 bluegreen marine algae(藍(lán)藻 )附著于多孔鉑電極上于陰極室光照培養(yǎng)構(gòu)建MFC， 的最大開路電壓以及750mA/m 2的短路電流。 微生物燃料電池的工作原理 微生物燃料電池利用微生物作為反應(yīng)主體，利用微生物的代謝產(chǎn)物作為物理電極的活性物質(zhì)，引起物理電極的電位偏移，增加了電位差，從而獲得電能，即將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。社?huì)發(fā)展至今天，人類己經(jīng)強(qiáng)烈地意識(shí)到和感受到生存環(huán)境所受的威脅，也熱切地期盼著生活空間質(zhì)量的改善。聯(lián)合國環(huán)境署的報(bào)告表明，整個(gè)地球的環(huán)境正在全面惡化，環(huán)境問題是一個(gè)全球性問題。將微生物燃料電池應(yīng)用到廢水處理領(lǐng)域，在處理有機(jī)廢水的同時(shí)獲得電能，是緩解當(dāng)前能源危機(jī)和解決環(huán)境問題的有效途徑，也是環(huán)境能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題之一。早在 1964年， Berk等 [6]就開展了微藻型MFC的研究。微藻陽極底物利用方式又分為原位利用和異位利用。間接提供電子方式又包括兩種：一是微藻光合產(chǎn)氫，氫氣再被氧化產(chǎn)生電子；二是利用藻菌協(xié)同培養(yǎng)，微藻光合生長分泌可被細(xì)菌利用的有機(jī)物，細(xì)菌再利用有機(jī)物產(chǎn)生電子。目前微藻產(chǎn)氫的最大障礙之一是氫氣的反饋抑制作用，而利用MFC 的電化學(xué)催化作用及時(shí)將微藻產(chǎn)生的 H2轉(zhuǎn)化成電能以降低H 2分壓，減少反饋抑制作用，可以提高最終的 H2回收率。近來已有研究表明利用高分子傳導(dǎo)材料可以保護(hù)鉑催化劑的活性 [19]，而更便宜的非貴金屬催化劑碳化鎢則被認(rèn)為更有發(fā)展前景第一章 文獻(xiàn)綜述5[20]。Powell等 [22,23,24,25]以培養(yǎng)小球藻(Chlorella vulgaris)的光反應(yīng)器作為MFC 的陰極室進(jìn)行了系列研究。而且微生物燃料電池將污水中可降解有機(jī)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了污水處理的同時(shí)產(chǎn)生新資源的新概念發(fā)展。2H2O 分析純 AR 汕頭市西隴化工有限公司NaCl 分析純 AR 汕頭西隴化工股份有限公司NaNO3 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠有限公司磷酸氫二鉀 分析純 AR 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司硫酸鎂 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠有限公司檸檬酸 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠有限公司乙二胺四乙酸二鈉 分析純 AR 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法9Na2CO3 分析純 AR 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司 主要儀器表 22 實(shí)驗(yàn)主要儀器列表Table22 The main instruments used in the experiments名稱 生產(chǎn)廠家電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器（DHG90102SA 型） 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器（SYQDSX280A 型）上海申安醫(yī)療器械廠醫(yī)用冷藏冷凍箱（YCDEL259 型） 中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司數(shù)據(jù)采集函數(shù)記錄儀（HPXY8B 型） 南京賀普科技有限公司旋轉(zhuǎn)式電阻箱（ZX21 型） 上海精密儀器有限公司COD 快速測定儀（5B3C 型） 蘭州連華環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司臺(tái)式冷凍恒溫振蕩器（THZC1 型） 太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠分析天平（AUY120 型） 島津國際貿(mào)易 (上海)有限公司Eppendorf Research 移液器 Y188814R/Y187998P/YY188809R上海艾本德生物技術(shù)國際貿(mào)易有限公司數(shù)控超聲波清洗器 南京壘君達(dá)超聲電子設(shè)備有限公司單人凈化工作臺(tái) 蘇州凈化設(shè)備有限公司循環(huán)水式真空器（ SHZ三型） 南京科爾儀器設(shè)備有限公司BT100—2J 蠕動(dòng)泵 保定蘭格恒流泵有限公司紫外分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器設(shè)備有限公司溶解氧測定儀 上海精科有限公司 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)所用裝置如圖 1 所示，采用陽極室 UASB（上流式厭氧污泥床）結(jié)構(gòu)與陰極室管狀光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的池型結(jié)構(gòu)相結(jié)合，電池主要由陽極室 陽極電極 質(zhì)子交換膜陰極室 陰極電極 負(fù)載 導(dǎo)線 7 七部分組成，陽極室裝液量為 500ml，陰極室裝液量為 300ml。2H2O Na2MoO43H2O 檸檬酸 10mL乙二胺四乙酸二鈉 10mL第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法13MgSO4（4） 、其他指標(biāo)的分析方法 化學(xué)需氧量 COD 采用蘭州連華 COD 速測儀測定。而陰極持續(xù)光照期時(shí)，因?yàn)檩d鉑電極沒有重新更換，電極小球藻吸附已達(dá)飽和，所以溶液中小球藻的 OD 值直接上升，而因?yàn)槌掷m(xù)光照的原因，陰極小球藻很快便進(jìn)入了衰亡期，OD 值下降。（4）MFC 正常運(yùn)行期時(shí)的陰極溶氧隨著反應(yīng)的進(jìn)行呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，由初始；當(dāng)陰極添加小球藻后溶氧則呈現(xiàn)明顯的“光升暗降”趨勢，電壓變化與溶氧變化趨勢基本一致，說明陰極溶氧是影響電壓變化的主要因素，光階段溶氧較正常運(yùn)行期有了大幅度的提高，最大南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文22溶氧值為 ；當(dāng)陰極更換載鉑電極以后，溶氧與電壓的變化較陰極加藻期相差不大；陰極持續(xù)光照期時(shí)，溶氧的平均水平較穩(wěn)定，大約為 。 der U, Quaas M, Scholz F. 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