驯化对生物阴极微生物燃料电池中阴极微生物群落多样性的影响

【背景】生物阴极微生物燃料电池因其构造成本低和阴极可持续性发展的优点而成为一种很有前途的废水处理系统,但阴极微生物的氧化还原性能限制了其在实际应用中的推广。【目的】为了提高生物阴极的性能,需要深入了解影响阴极氧化还原性能的微生物群落。【方法】利用16S rRNA基因高通量测序技术分析对比原始接种污泥样品和驯化后阴极电极上生物膜样品多样性及结构变化。【结果】测序结果表明,原始接种污泥样品与驯化后阴极电极生物膜样品中微生物群落种类和结构存在显著差异,驯化后阴极电极生物膜样品中变形菌门(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和特吕珀菌属(Trueperaceae)相对丰度比例高于原始污泥样品,成为优势菌群。【结论】驯化对系统阴极电极生物膜群落影响显著,随着产电量的输出,优势菌群不断富集,最终形成一个适应该实验环境下的新的微生物群落。对优势菌群结构和变化进行探讨,为生物阴极的研究补充更多生物学方面的理论基础。     

微生物燃料电池生物质能利用现状与展望

作为一种新概念的废物处理与能源化技术,微生物燃料电池研究在过去10年里取得了长足的进步和技术突破。本文在简要介绍微生物燃料电池研究现状基础上,系统综述了该技术及与其他技术耦合在生物质能利用方面的最新研究进展,重点分析了其中存在的问题,并展望了该技术在生物质能转化和利用方面的研究前景。     

微生物燃料电池处理含硫废水研究进展

目前含硫废水污染很大,微生物燃料电池具有高效环境友好的特点成为研究热点。本文简要概述微生物燃料电池结构和发展历史,利用微生物燃料电池技术处理含硫废水的研究进展,最后分析了目前研究发展趋势和展望。     

微生物燃料电池对污染物的强化降解及其机理综述

产电和污染物降解是微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)的两个基本功能,也是MFCs作为一种新型的环境治理和能源技术最具吸引力的优势。大量的研究已表明:相对于一般厌氧生物降解技术,MFCs具有更高效的废弃物、废水或污染物降解的能力。解析MFCs强化污染物降解的机理对于进一步优化MFCs的性能具有重要的指导意义,也可以为MFCs在实际环境中的原位应用提供理论支持。本文在综述MFCs强化污染物降解研究报道的基础上,从MFCs中微生物群落的代谢模式、生物膜的活性以及MFCs对局部氧化还原环境的影响等方面为MFCs强化污染物降解的功能提供可能的理论依据,并对MFCs在污染物降解方面的几个可能的发展方向进行展望,为不同学科背景的相关研究者提供参考。     

微生物燃料电池中阳极产电微生物的研究进展

微生物燃料电池（MFC）是利用阳极产电微生物为催化剂降解有机废物直接将化学能转化为电能的装置。在MFC系统中,产电微生物是影响产电性能的核心要素之一。介绍了MFC中产电微生物的最新研究现状,详细讨论了产电微生物的种类、产电机理和产电能力．为产电微生物的富集、驯化、改造和多种菌种优化组合提供思路。     

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

产电微生物是微生物燃料电池系统的核心组成, 本文从生物学角度介绍了几种产电微生物的分类学地位、形态特征、生理生化特征及在微生物燃料电池中的产电机理和产电能力, 分析了利用产电微生物进行废水处理同时生物发电的应用前景, 提出产电微生物在MFC系统中的进一步研究方向为微生物的富集、驯化、改造和多种菌种优化组合等。     

光合细菌在微生物燃料电池中的应用研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)降解污染物的同时产生电能,受到广泛关注。光合细菌在MFCs领域的应用实现了污水处理、CO2捕捉、光电转换等多重功能,并显示出了良好的产电特性。本文根据光合细菌在MFCs中所起作用的不同对其产电机理进行评述,并在此基础上分析了光照对光合细菌型MFCs产电性能的影响;针对当前研究的不足与面临的问题,提出了今后光合细菌在MFCs领域的应用前景与发展方向。     

产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展

新型产电微生物(Electricigens)的发现,使得微生物燃料电池概念的内涵发生了根本性的变化,展现了广阔的应用前景。这种微生物能够以电极作为唯一电子受体,把氧化有机物获得的电子通过电子传递链传递到电极产生电流,同时微生物从中获得能量而生长。这种代谢被认为是一种新型微生物呼吸方式。以这种新型微生物呼吸方式为基础的微生物燃料电池可以同时进行废水处理和生物发电,有望可以把废水处理发展成一个有利可图的产业,是MFC最有发展前景的方向。     

微生物燃料电池在环境污染治理研究中的应用进展

近年来,微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)研究得到了迅速发展。由于可以将可生物降解有机物的化学能直接转化为电能,MFCs在环境污染治理及生物产电方面具有良好的应用前景。本文将全面介绍和总结MFCs在环境污染治理中的研究及应用,其中包括脱氮、脱硫、有机污染物降解、重金属污染治理以及垃圾渗滤液处理等方面。此外,本文还提出MFCs在研究及应用过程中存在的主要问题,并对其研究前景进行展望。     

微生物燃料电池中产电微生物的系统发育分析及筛选

对污水处理厂曝气池的产电微生物进行富集并利用纯培养法筛选,采用基于16S rRNA基因序列的系统发育分析方法研究了产电微生物的生物多样性,并基于三电极体系绘制出的循环伏安曲线鉴别出产电性能较强的纯菌株。结果表明,菌株F003、F042和F050与其系统发育关系最密切的有效发表种的典型菌株的16S rRNA基因序列存在较大差异,分别代表新的分类单元。之后又对所获得的38株菌株进行电化学测试活性,得出4株活性较强的菌株,其中菌株F010和F017的电化学活性比菌株F007和F051更为显著。     

纳米材料修饰微生物燃料电池阳极的研究进展

阳极作为微生物燃料电池中的重要组成部分,其性能的高低显著影响着微生物燃料电池的产电性能。纳米材料具有导电性好、表面积大等优良特性。因此,纳米材料修饰阳极能够有效减小电极内阻、增大微生物的粘附量,从而显著提高微生物燃料电池的产电性能。本文首先简要介绍了微生物燃料电池中阳极修饰纳米材料的种类,然后重点归纳了不同纳米材料修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响及其原因。最后对微生物燃料电池阳极修饰纳米材料和技术进行展望。     

微生物燃料电池内阻及其影响因素分析

微生物燃料电池(MFC)是一种通过微生物的催化作用将有机物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置,研究表明内阻是限制微生物燃料电池产能的重要因素。本文对目前国内外有关微生物燃料电池内阻的研究成果进行了总结,系统介绍了微生物燃料电池内阻定义、构成和常用的微生物燃料电池内阻测定方法,重点分析了反应器、产电底物、产电微生物和操作条件等对微生物燃料电池内阻的影响,并结合已有的研究结果提出了降低内阻、提高微生物燃料电池产电性能的可行性方法。     

微生物燃料电池发展态势分析

随着世界经济的高速发展和人口的不断增长,能源短缺和环境污染问题日益成为制约发展的瓶颈。微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)能将污染物中蕴含的化学能直接转化为电能,实现同步污水处理和电能回收,是一种极具前景的可持续污水处理技术。同时,MFC在污泥处理、生物修复、环境监测、海水淡化等方面也展示了诱人的前景。基于科睿唯安Web of Science数据库和德温特专利检索分析平台(Derwent Innovation,DI),对MFC领域1990～2018年的论文和专利数据进行统计分析,得出全球MFC领域的发展趋势、国际分布、研发热点和技术格局。在此基础上,对未来MFC领域的发展做出了展望,对中国MFC产业化发展提出了思考和建议。     

采用填充床阳极的甲醇生物燃料电池

燃料电池是将化学能转变为电能的装置,人们已经在无机物燃料电池方面取得了很大进展。现在以各种有机物为燃料的生物燃料电池受到了重视。自然界存在大量的微生物和酶,可以氧化各种有机物,因此在原理上可以构建许多采用天然原料为燃料的生物燃料电池。目前,生物燃料电池实用化的主要问题是所提供的电流密度低,通过使用介体可以提高电流密度,在这方面已经做了许多工作,本实验室也有类似的工     

微生物燃料电池发展态势分析

随着世界经济的高速发展和人口的不断增长,能源短缺和环境污染问题日益成为制约发展的瓶颈。微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)能将污染物中蕴含的化学能直接转化为电能,实现同步污水处理和电能回收,是一种极具前景的可持续污水处理技术。同时,MFC在污泥处理、生物修复、环境监测、海水淡化等方面也展示了诱人的前景。基于科睿唯安Web of Science数据库和德温特专利检索分析平台(Derwent Innovation, DI),对MFC领域1990~2018年的论文和专利数据进行统计分析,得出全球MFC领域的发展趋势、国际分布、研发热点和技术格局。在此基础上,对未来MFC领域的发展做出了展望,对中国MFC产业化发展提出了思考和建议。     

关于微生物燃料电池底物的研究进展

近年来,微生物燃料电池已引起了广泛关注,它将低能量废水和木质纤维素生物质等有机废物转化为电能。在将来,微生物电能将成为一种重要的生物能源,因为微生物燃料电池提供了一种复合有机物和可再生生物能源中提取电能的可行性。人们研究了许多物质,以考察其是否能作为微生物电能转化的底物。这些物质包括人工的和天然废物,以及木质纤维素生物质。尽管现在微生物燃料电池提供的电流和功率较低,但是随着技术的发展和对微生物燃料电池系统的深入了解,微生物燃料电池转化的电流和电力将极大增加,从而向世人提供了一种可以将纤维素生物质和废水直接转化为有用能源的有效方法。本文介绍了迄今为止在微生物燃料电池中用到的各种反应底物,并对它们的应用效率和存在的不足进行了分析。     

铬还原菌的分离筛选及其在微生物燃料电池生物阴极中的应用

【目的】水溶性的Cr(Ⅵ)对环境及人类造成的危害是社会亟待解决的问题。Cr(Ⅵ)还原菌株的分离筛选、还原特性的分析和在微生物燃料电池中的应用为六价铬污染水体的微生物修复提供科学依据和新的方法。【方法】从黄河兰州段排污口采集样本,用平板法分离筛选获得具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,并将Cr(Ⅵ)还原能力最强的LZU-26菌株应用到微生物燃料电池中,检测其产电能力和Cr(Ⅵ)还原特性。【结果】共分离得到21株具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,其中LZU-26菌株Cr(Ⅵ)还原能力最强,属于Cellulosimicrobium cellilans。0.4 mmol/L初始Cr(Ⅵ)在LZU-26的作用下24 h铬还原率可达到95.89%,在48 h后达99.97%。将LZU-26运用在微生物燃料电池生物阴极,所获得的最大电压和最大功率密度分别为68 mV和6.8 W/cm~2。生物阴极Cr(Ⅵ)还原率(68.9%)也远高于化学阴极(14.7%)和对照组(2.7%)。【结论】利用Cr(Ⅵ)还原菌作为微生物燃料电池生物阴极处理含铬废水,将会是一种高效、节能和环境友好的方法。     

微生物燃料电池在固体废物堆肥中的应用进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种近几年快速发展的废物处理与能源化技术,可以与污水处理、污染物降解、脱盐等环境技术结合。微生物燃料电池与堆肥技术结合可以在处理日益增长的固体废弃物的同时回收能量,具有很好的发展前景。文中分析了堆肥微生物燃料电池系统的微生物特征,探讨了堆肥过程中影响微生物燃料电池产电性能的因素,包括电极,隔膜,供氧和构型。最后归纳说明了堆肥微生物电池作为一种新的废弃物处理技术的特点:较高的微生物量并可产生较高的电流密度;对不同环境的适应性强;可以自身调节温度,能源利用效率高;质子从阳极向阴极的移动会受到不同堆肥原料的影响。     

人工湿地微生物燃料电池耦合系统对典型全氟化合物的去除效果

针对污水中传统污染物和新污染物的共存特征,以典型全氟化合物(PFASs)为目标新污染物,探究人工湿地微生物燃料技术(CW-MFC)处理含PFASs污水的效果,构建了不同电路运行模式下的CW-MFC体系,研究了CW-MFC对PFASs的去除效果,并探讨PFASs添加后对传统污染物去除和生物电化学性能的影响。结果表明CW-MFC系统在开路和闭路运行下均能够有效去除废水中96%以上的PFASs。在PFASs介入后,对CWMFC系统有机物和磷的去除无显著影响,然而系统的脱氮效率和生物电转化性能均发生了一定程度的降低。在闭路运行工况下, CW-MFC系统的氨氮去除率和输出电压分别下降了7.22%和7.32%; CW-MFC开路运行时总氮去除率降低了13.98%。研究为水环境中PFASs污染的治理技术提供有益探索。     

太阳能电池协同微生物燃料电池产电及对底泥的修复影响

装置以河道黑臭底泥为底物, 改性后的碳毡为电极, 通过外接不同额定电压的太阳能电池板, 构建了一种新型的SC-MFC (solar cell-microbial fuel cell) 体系, 太阳能电池的引入对普通MFC 产电性能及底泥污染物去除效率产生了的影响。通过一个周期的运行, 得到如下结论: 在太阳能电池表面辐照强度53 mW·cm^–2 的条件下, SC-MFC 系统的最大输出电压和输出功率密度与普通的MFC 相比均有明显的提高。对于底泥污染物的去除, SC-MFC 系统随着串联太阳能电池额定电压的增大, 去除效率呈现出先升高后降低的趋势。在外接0.5 V、1 V、2 V 太阳能电池时, 底泥对污染物修复效果较好, 并且底泥中有机质、总磷、氨氮、硝态氮的最大去除率为20.88%、32.39%、48.41%、62.66%, 它们分别在串联1 V、2 V、2 V、0.5 V 太阳能电池板时达到。