【正文】 （4）MFC 正常運行期時的陰極溶氧隨著反應(yīng)的進行呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，由初始；當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，溶氧的平均水平較穩(wěn)定，大約為 。（4） 、其他指標的分析方法 化學(xué)需氧量 COD 采用蘭州連華 COD 速測儀測定。2H2O Na2MoO4而且微生物燃料電池將污水中可降解有機物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)了污水處理的同時產(chǎn)生新資源的新概念發(fā)展。近來已有研究表明利用高分子傳導(dǎo)材料可以保護鉑催化劑的活性 [19]，而更便宜的非貴金屬催化劑碳化鎢則被認為更有發(fā)展前景第一章 文獻綜述5[20]。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菌利用的有機物，細菌再利用有機物產(chǎn)生電子。早在 1964年， Berk等 [6]就開展了微藻型MFC的研究。聯(lián)合國環(huán)境署的報告表明，整個地球的環(huán)境正在全面惡化，環(huán)境問題是一個全球性問題。 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?。原位利用方式是將藻類作為底物直接加入MFC 陽極室進行利用。此MFC中H2/H+(電極催化 H2氧化產(chǎn)生H +和電子)承擔了電子介體的作用，將微生物細胞代謝產(chǎn)生的電子傳遞給陽極電極，1964年Berk等 [6]對這一過程進行過驗證。首先對小球藻陰極半電池的可行性進行驗證：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) 功率密度、( 以干藻重計 )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)項目設(shè)想，并進行了應(yīng)用策劃和經(jīng)濟可行性分析評估。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 實驗方法 MFC 的接種及啟動運行實驗以長期運行 MFC 陽極出水及陽極碳氈上附著的生物膜為 MFC 陽極菌種來源，陽極出水接種量為 200mL。7H2O 10mLNa2CO3 10mL微量金屬元素母液 1mL維生素 測定指標及方法（1） 、電壓和電流實驗過程中，微生物燃料電池的電壓由南京賀普 HPXY8B 數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)自動記錄存儲。實驗說明，將小球藻放至 MFC 的陰極室進行培養(yǎng)，并不會對其造成毒害，小球藻生長情況良好。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。南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文16010203040501020304050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。2H2O 10mLK2HPO4南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文8第二章 實驗材料與方法 實驗材料 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 上海化學(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 上海惠興生化試劑有限公司VB1 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司CaCl21964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。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。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。 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。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。但此MFC %，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。于是推測電子不僅僅只能來自呼吸電子傳遞鏈或通過H 2氧化產(chǎn)生，還可以通過光合電子傳遞鏈產(chǎn)生 [13]。藻菌協(xié)同產(chǎn)電的現(xiàn)象在自然生境中多見。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。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 陰陽極液配置好后均調(diào)至 pH=7。 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。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因其獨特的環(huán)境友好型及可持續(xù)性優(yōu)勢實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的進程指日可待。（2）將小球藻放至 MFC 的陰極室進行培養(yǎng)，在初期由于碳電極的吸附作用，藻液OD 值有所下降，但隨著藻細胞生長代謝的進行，OD 值開始上升，說明 MFC 陰極室培養(yǎng)小球藻并不會對其造成毒害，小球藻生長情況良好。以化學(xué)需氧量 COD 為例，所謂去除率，用公式表示為:E=（CODin —CODout）/CODin式中：CODin 一反應(yīng)開始時陽極液的 COD，mg/L。5H2O FeSO4微生物燃料電池作為一種新能源，其發(fā)電技術(shù)正引起各國科學(xué)家注目并被積極地著手進行優(yōu)化改善?？傮w而言目前將微藻產(chǎn)氫與MFC 產(chǎn)電過程相耦合的研究報道還比較少。 微藻生物陽極型MFC 微藻生物陽極型MFC是在陽極室中利用微藻直接產(chǎn)電，或是協(xié)同產(chǎn)電微生物共同產(chǎn)電。隨著陽極區(qū)有機物的不斷氧化和陰極反應(yīng)的持續(xù)進行，在外電路獲得持續(xù)的電流。20世紀50年代以后石油危機的爆發(fā)，對世界經(jīng)濟造成了巨大影響，國際輿論開始關(guān)注起世界“能源危機”問題。釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質(zhì)轉(zhuǎn)移到電極上。異位利用方式則是將微藻光生物反應(yīng)器與MFC 進行耦聯(lián)，藻液由光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)后再通入MFC陽極室進行利用。原位產(chǎn)氫產(chǎn)電是直接在陽極室中培養(yǎng)微藻進行產(chǎn)氫，利用電極催化氧化H 2產(chǎn)電；異位產(chǎn)氫產(chǎn)電則是將微藻光合產(chǎn)氫反應(yīng)器與MFC裝置串聯(lián)，各反應(yīng)室條件進行獨立控制。南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文6 微生物燃料電池的應(yīng)用前景 隨著社會與經(jīng)濟的不斷發(fā)展,能源消費將逐年增加。12H 2O CaCl2（2） 、功率密度 功率密度 P 為基于陽極面積的功率，單位（ mW/m2)按公式計算：P=UI/A(A 為陽極有效面積） 。表 31 各周期陽極人工廢水的 COD 處理率Figure 31 Anode of the cycle of artificial wastewater treatment rate of COD運行周期 內(nèi)阻（Ω）最大功率密度（mW/ ㎡）處理天數(shù) COD 處理率南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文18正常運行期 18 %陰極加藻期 12 %陰極換載鉑電極期 12 %陰極持續(xù)光照期 10 % 各周期陰極溶氧的變化情況如圖 33 為 MFC 陰極正常運行期的陰極溶氧的變化情況，隨著反應(yīng)的進行，陰極溶氧呈持續(xù)下降趨勢，由初始 ；由圖 34 可知，當陰極添加小球藻后溶氧亦呈現(xiàn)明顯的“光升暗降”趨勢，光階段溶氧最高達 ，暗階段時則溶氧迅速降低，溶氧最低水平達 ，電壓變