【正文】 der U, Nie223。我們可以相信隨著微藻技術和MFC 技術的蓬勃發(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。第三章 結果與討論17培 養(yǎng) 時 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情況Figure 32 Cathode of the algae growth cycle 各周期陽極人工廢水的 COD 處理情況如表 31 所示，MFC 陰極正常運行期時的內阻最大，最大輸出功率密度最低，陽極人工廢水的 COD 處理率最低；陰極投加小球藻后，電池內阻較正常運行期時降低了，最大輸出功率密度升高為正常運行期的 倍，陽極人工廢水的 COD 處理率也于 12d 后達到 %；當陰極電極更換為載鉑碳紙后，電池內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） ，陽極人工廢水的 COD 處理率則相差不大；陰極持續(xù)光照期時的內阻最小，最大輸出功率密度最大，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。電池在光階段的平均電壓為 ，最大輸出電壓為 ，分別為陰極正常運行期時的 倍和 倍，暗階段最小輸出電壓則為 ；陰極換載鉑電極后，電池輸出電壓于 4h 迅速升到 ，之后重復上一周期的“光升暗降 ”現(xiàn)象，光階段平均輸出電壓為460mv，最大輸出電壓為 ，分別為上一周期的 倍和 倍，較上周期有了大幅度的升高，說明陰極更換載鉑電極以后能更有效的催化氧還原反應，提高電池產電能力；當將陰極小球藻光暗間歇培養(yǎng)變?yōu)槌掷m(xù)光照培養(yǎng)時，電壓由初始的 迅速于17h 降至 ，然后又在 2h 后迅速上升至 ，分析原因為陰極小球藻由光暗間歇培養(yǎng)變?yōu)槌掷m(xù)光照培養(yǎng)后暫時不能適應，導致細胞生長代謝異常，溶氧降低，因此電壓降低，在很短的時間內，藻細胞經過調節(jié)適應了新的培養(yǎng)條件后，細胞生長代謝趨于正常，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，分析原因為陽極底物的消耗及持續(xù)光照條件下小球藻生長代謝導致的陰極液 PH 變化使得產電水平緩慢降低。 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，以便重復使用。以化學需氧量 COD 為例，所謂去除率，用公式表示為:E=（CODin —CODout）/CODin式中：CODin 一反應開始時陽極液的 COD，mg/L。電流由 I=U/R 計算而得。小球藻生物陰極型 MFC 培養(yǎng)條件（除實驗因素外）統(tǒng)一光強 2022lux，光暗間歇（12:12） ，陰極液配方在普通 MFC 陰極液的基礎上添加 BG11 培養(yǎng)基成分，其具體組成如下表：表 25 BG11 培養(yǎng)基成分表Table25 The BG11 mediumBG11 培養(yǎng)基成分 濃度NaNO3 2g/LCaCl22H2O 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至 pH=7。5H2O FeSO4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 礦物質母液 葡萄糖 1g/L第二章 實驗材料與方法11NH4Cl KCl Na2HPO4 4. 576g/LNaH2PO4 其中維生素母液和礦物質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 1B2 VB1 硫辛酸 泛酸 表 23 礦物質母液Table23 The minerals liquid 礦物質母液成分濃度（g/L）AlK（SO 4） 本課題的主要研究內容本文利用自行創(chuàng)新設計的陰極利于小球藻生長的MFC反應器作為實驗模型，首先以正常陰極液對其進行啟動運行，待陽極產電菌富集成熟，電池產電穩(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第一章 文獻綜述7行條件下該MFC的產電情況、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，為能源微藻生物陰極型MFC 的研究提供基礎科學數(shù)據。通過近年來不斷地研究，MFC 在實際應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。微生物燃料電池作為一種新能源，其發(fā)電技術正引起各國科學家注目并被積極地著手進行優(yōu)化改善。該MFC 綜合系統(tǒng)可以同時達到收獲電能、生物柴油和CO 2捕捉的三重功效，具有可觀的經濟價值。 微藻生物陰極型MFC將微藻放置MFC陰極室培養(yǎng)，光合作用產生的 O2可以加速陰極室的氧化還原速率；同時可吸收利用MFC陽極室反應釋放出的 CO2，或對周邊環(huán)境中的CO 2進行捕捉；若選擇能源型或經濟價值型微藻，還可進行藻體的有價回收，降低MFC成本，可謂一舉多得。藻菌協(xié)同產電的現(xiàn)象在自然生境中多見?？傮w而言目前將微藻產氫與MFC 產電過程相耦合的研究報道還比較少。微藻產氫產電方式也可分為原位和異位兩種。何輝等 [17]考察了小球藻(Chlorella vulgaris )陽極產電的性能，對實際污水的COD去除率為40%；分析電子的產生由兩部分組成，一是小球藻光解水產生，二是細胞代謝光合作用產生的碳水化合物，由細胞膜外累積的細胞色素失去電子給陽極，陽極反應式如下：光合作用： (1)22OCHCOhv?? ???光解水： (2) ????? e/122光 解 代謝作用： (3)??????? eHCismMicrogan422 微藻產氫產電方式生物制氫是當今生物質能源利用中的一大研究熱點。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氧化產生，還可以通過光合電子傳遞鏈產生 [13]。 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電，或是協(xié)同產電微生物共同產電。陳輝等 [8]在沉積型MFC陽極區(qū)中投加未經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 。微藻是一種單細胞綠色植物，其生長速度快、占地面積小并且不與農作物競爭土地，藻體富含葉綠素、蛋白質、碳水化合物、油脂等，少木質素和纖維素 [7]。但此MFC %，與當時傳統(tǒng)的太陽能電池技術相比還很低，因此相關研究一度停滯。隨著陽極區(qū)有機物的不斷氧化和陰極反應的持續(xù)進行，在外電路獲得持續(xù)的電流。以有質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子（NADH)的釋放。因此，世界各國在能源的戰(zhàn)略和政策上更加強調能源與環(huán)境的關系，更加注意環(huán)境保護的重要性 [2]。目前國際社會關注的全球性環(huán)境問題主要包括:臭氧層破壞、溫室效應和氣候變暖、大氣污染和酸雨、生物多樣性減少、放射性物質污染、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注。20世紀50年代以后石油危機的爆發(fā)，對世界經濟造成了巨大影響，國際輿論開始關注起世界“能源危機”問題。世界能源危機是人為造成的能源短缺。而這些問題的產生，均與能源的開采、加工或利用有著密切的關系 [1]。 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生電能的裝置，它屬于生物質能利用技術中的生物化學轉化技術，將生物質轉化為電能。釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質轉移到電極上。以葡萄糖為例，其反應式如下: 圖11 MFC的結構及原理示意圖 [3] Schametics of the structure and working principle of MFC陽極反應:C6H12O6+6H2O→6CO2+24H+ +24e (ll)E0= V陰極反應:602+24H+ +24e→12H2O (l2)E0= V 微藻型微生物燃料電池微藻與MFC技術分別因其高關注度均發(fā)展很快，但將兩項技術進行結合（即微藻型MFC）開展相關研究的報道還比較少。直到近幾年，微藻和MFC技術的分別發(fā)展，以及太陽能綜合利用技術的研究，微藻型MFC又重新獲得研究者們的關注。MFC可以通過陽極產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)被產電微生物所利用，最終產生清潔電能，這為微藻的資源化利用提供了一條新路徑。異位利用方式則是將微藻光生物反應器與MFC 進行耦聯(lián)，藻液由光生物反應器中培養(yǎng)后再通入MFC陽極室進行利用。現(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碳水化合物(例如糖原)直接產生電子，也可以間接提供電子。研究還觀察到：當在陽極室進行微藻光暗間歇培養(yǎng)時，暗培養(yǎng)階段的輸出功率有所增加，藻細胞胞內碳儲存(糖原) 被氧化分解；而在光培養(yǎng)階段，藻體光合作用釋放氧氣限制了功南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文4率輸出，胞內碳儲存增加 [11,14]。早在1939年，Gaffron等 [18]就首次發(fā)現(xiàn)綠藻的產氫現(xiàn)象，現(xiàn)在已知能產氫的藻類主要為綠藻和藍藻。原位產氫產電是直接在陽極室中培養(yǎng)微藻進行產氫，利用電極催化氧化H 2產電；異位產氫產電則是將微藻光合產氫反應器與MF