生物燃料电池名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

生物燃料电池汇报人：聂晓静学号：21418105院系：环境学院第1页/10/10大连理工大学2生物燃料电池研究背景1微生物燃料电池原理2微生物燃料电池现实应用3结语与展望4目录第2页

一、生物燃料电池研究背景

/10/10大连理工大学因为当代经济全速发展，全球化石能源面临短缺问题：石油约40年天然气约67年煤炭约167年第3页化石燃料燃烧对环境影响/10/10大连理工大学第4页/10/10大连理工大学所以，寻求可再生新能源已引发广泛关注，微生物燃料电池(microbialfoulcells,MFC)是一个能够实现能量转换及产能新概念装置。在此情况下微生物燃料电池作为一个可利用有机废物产能装置正走向世界能源舞台。

微生物燃料电池是一个利用微生物将有机物中化学能直接转化成电能装置。第5页

二、微生物燃料电池原理

/10/10大连理工大学经典MFC系统由阳极室、阴极室、质子交换膜(Protonexchangemembrance，PEM)组成，质子交换膜将阳极室和阴极室分隔开。将阳极室控制为厌氧环境，而阴极室普通为开放环境。微生物燃料电池即是利用阳极室内细菌作为催化剂，经过细菌降解有机物产生电子和质子，产生电子先传至细胞外，经纳米导线或中间体传输至阳极，再经过外电路负载抵达阴极，在阴极与电子受体结合，由此产生电能；质子从阳极室经过质子交换膜抵达阴极，在阴极与氧气或是其它物质结合，完成电池内电荷传递。以葡萄糖为阳极室基质，氧气为阴极电子受体MFC原理图见图1-1。第6页/10/10大连理工大学图1-1微生物燃料电池原理图[1]第7页/10/10大连理工大学阳极半反应：阴极半反应：微生物燃料电池基本原理打破了微生物呼吸链电子传递方向，利用电极作为细胞呼吸过程终端电子受体，把电子从细胞内引到了细胞以外外界环境，进而延伸到整个电池结构体系中，实现了化学能向电能转变。第8页微生物燃料电池优点：/10/10大连理工大学第9页

三、微生物燃料电池现实应用

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微生物燃料电池是一个很具应用前景技术，与普通燃料电池相比，其愈加环境保护，起源更为广泛；与普通污水处理技术相比较，在处理污水同时还能额外取得能量。尤其在当前能源供给问题日益凸显，环境污染日益严重今天，微生物燃料电池技术更显示出无法比拟优越性。

另外有学者在固体介质如土壤、底泥中应用MFC技术，发觉植物生长过程中根系分泌物对微生物刺激作用能够使电流输出功效功率提升7倍[7]。第10页微生物燃料电池在废水处理中应用

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传统废水处理工艺需求能量较高，伴随全球经济高速发展，能源危机已成为当今国际社会共同面临重大问题。所以，寻求低能耗、无污染或少污染、经济效益好废水处理工艺是水污染控制领域亟需研究处理主要课题。在美国，天天会产生126千万升污水，用传统方法处理这些污水就会消耗3%产电量。每立方米污水需要消耗大约0.6kwh能量，其中二分之一用于好氧微生物氧补给。而每立方米污水含有2kwh化学能。若生物燃料电池成本控制在适当范围内，污水处理装置就能够作为能量产出装置[2]。第11页/10/10大连理工大学

化工废水极高COD、高盐度、对微生物有毒性。MFC处理

制药废水抗氧化性强，对微生物生长抑制性强，难以生物降解。

垃圾渗滤液BOD5和COD浓度高、重金属含量较高、氨氮含量较高。研究表明，以下废水都能够用MFC技术得到很好处理[3]。第12页MFC在固体废物堆肥中应用

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有学者在固体介质如土壤、底泥中应用MFC技术，发觉植物生长过程中根系分泌物对微生物刺激作用能够使电流输出功效功率提升7倍。接下来介绍MFC技术新应用方向，在堆肥处理固体有机废物过程中构建MFC，将堆肥中产生生物能转变为电能。利用MFC可将堆肥中废气和废液进行二次生物处理，在减轻或消除毒害同时产生易于利用电能，含有主要实际意义。微生物燃料电池在有机废物处理中含有没有污染和产能优势，在固体废物堆肥中应用与溶液和废水中相比又表达出新特点。第13页/10/10大连理工大学固体废物堆肥微生物燃料电池特点：

与废水作为底物MFC相比，堆肥产电过程不需要频繁更换底物，为产电菌富集和生长提供了愈加稳定外部环境。因为堆肥物料有机质含量高，在长时间内能够提供连续稳定电流输出，含有较大市场潜力。相对于废水需要外加热量来保持适宜温度，固体废物堆肥能够经过本身产热来提升温度，不需要人工加热。质子从阳极区向阴极区传递效率对MFC性能是非常主要[4]。第14页

MFC技术资源化利用剩下污泥

/10/10大连理工大学剩下污泥处理处置一直以来都难以到达满意效果，已经成为制约污水处理事业发展瓶颈问题，其处置形势已经十分严峻，所以，寻求经济有效减量化、稳定化以及资源化污泥处理处置技术含有主要现实意义。以MFC技术来处理剩下污泥成为污泥处理又一新方向。此法不但能够降低污泥处置费用，还能够使污泥减量化，又能将污泥中丰富有机质能转化为电能，从而实现污泥资源化利用。第15页/10/10大连理工大学MFC资源化利用剩下污泥有两种形式：直接利用：间接利用：微波预处理剩下污泥剩下污泥发酵产生VFA作为燃料剩下污泥可作为微生物燃料电池燃料，处理污泥并同时发电即，微生物燃料电池技术资源化利用剩下污泥是可行，可产生一定电压与输出功率密度（较低）第16页/10/10大连理工大学

直接利用剩下污泥为燃料微生物燃料电池技术，其电压和输出功率密度较低。为了提升微生物燃料电池技术产电性能，可对剩下污泥进行一定预处理，间接利用剩下污泥为微生物燃料电池燃料。第17页MFC作为生物传感器/10/10大连理工大学

生物传感器是指能提供定量或者半定量分析一个装置，包含生物识别元素和信号传输放大元素。因为微生物燃料电池电流（电压）或电子库仑量与电子供体含量之间存在对应关系，所以微生物燃料电池能用于一些底物含量测定，如有机碳、废水

BOD以及有毒物质等，其中用于废水中

BOD测定研究最为成熟，已经有相关报道[5]。第18页微生物电解产氢/10/10大连理工大学微生物燃料电池因为输出效率低，难以直接应用，而MFC电助产氢技术是较有前途一个方式。其工作原理：无氧条件下，对双室MFC阴极施加一个远小于水分解电压小电压，可促进转移到阴极电子和质子结合生成氢气，到达利用MFC系统产氢目标。生物燃料电池电助产氢反应器优点是阴极省略了MFC惯用电子受体—氢气，可防止因氧气经过质子交换膜向阳极扩散而影响反应器运行；同时该工艺产生氢气纯度较高，可积累、储存及运输，推进了MFC技术实际应用[6]。第19页

三、结语与展望

/10/10大连理工大学微生物燃料电池近年来受到广泛学者关注，其作用机理已渐渐被人们所熟知，为扩大微生物燃料电池应用范围众多科学家做着不懈努力。现微生物燃料电池应从以下几个方面进行主演研究：在MFC中菌种方面，从极端环境中（如深海底泥、高温环境等）筛选耐受能力强产电菌，深入研究产电菌电子产生、传递机理，微生物群落多样性及其演替规律，对高效产电微生物进行基因改造等。优化MFC结构、电极材料和运行方式等，尤其是空气阴极以及生物阴极方面，以使其能应用于实际生产中第20页/10/10大连理工大学微生物电化学合成是近两年微生物燃料电池新发展方向，有待于深入深入研究。

尝试MFC工程放大，实现实际应用。第21页参考文件/10/10大连理工大学[1]陈德莹.微生物燃料电池系统构建及相关微生物学研究(硕士学位论文).扬州，扬州大学，.[2]XingXie,GuihuaYu,NianLiu,CraigS.Criddle,YiCui.Graphene-spongesashigh-performancelow-costanodesformicrobialfuelcells.Energy&EnvironmentalScience..6862-6866.[3]郭伟,王艺菲,银晓靖,孙剑辉.微生物燃料电池在废水处理中应用研究进展[J].河南师范大学学报（自然科学版）,40,93-108.[