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摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell，MFC）能够在处理污水的同时将污水中蕴含的化学能转化为电能，是一种低能耗的水处理技术，近年来成为环境领域的研究热点。
目前制约MFC 实际应用的主要因素是成本过高和产电性能偏低。
由于电极成本在MFC 总成本中所占比例最大，同时电极性能也是决定MFC 性能的关键，因此降低电极成本和优化电极性能对于MFC 的实用化具有重要意义。
本文以推进MFC 实用化为目标，筛选用于阳极和生物阴极的廉价填料型电极材料，通过电极材料特性和构型的优化提高其产电性能，并将其应用于放大的MFC 装置。
本研究选择廉价的半焦和活性炭与传统的石墨和碳毡电极材料进行产电性能对比。
用于阳极时，活性炭产电性能最好，半焦较差。
导电性过低是限制半焦阳极性能的主要因素。
并分析了不同阳极材料表面的产电微生物、产电过程、产电机理和产电能力的区别。
本文可为MFC阳极材料优化、产电微生物的富集、MFC构型改造等组合提供思路，其中着重讨论的不同阳极材料对微生物燃料电池的产电性能影响的相关内容，可为筛选廉价、产电效率高的阳极材料，推动微生物燃料电池实用化提供参考。
关键词：微生物燃料电池；产电微生物；阳极材料；产电性能；成本；大型化AbstractMicrobial fuel cell (MFC) is a low energy-consuming water treatment technology which can purify wastewater and simultaneouslyconvert its chemical energy.Inrecentyears, ithasbe comeonehottopicint the environment field. The practical application of MFC shasbeen limited.Due to high costsand lowyield sofpower generation.The electrode is the largest contribu. Tortotota lcost of MFC and the key componentinde ciding the MFC performance. Thuselectrode costreduction and electrode performance optimization both have great. Significance onpractical application of MFC. To push forward the practical application of MFC, inthisdissertation low costpackedelectrode materialsforanodeandbio-cathodewere selected,and the performance of electrode wasimprovedby optimizing electrode characteristics and configuration. Then the optimized electrode wasused in a largescale MFC. Inexpensivesemicoke and activated carbon were used aselectrode materials and compared with conventional materials graphite and carbon felt. When used in anode, activated carbon performed best, but semicoke had poor power generation performance. The extremely low conductivity of semicoke is the main limitation for the low performance of semicoke anode.to analyze different anode material on the surface of the electricigens, electricity production process, electricity generation and electricity generation capacity difference, as MFC anode materials optimization, microbial enrichment, MFC configuration transformation and the combination of ideas, discussed the different anode materials on microbial fuel cell power generation performance influence, from the screening report of production of high efficiency of anode materials, to promote the development of related research in microbial fuel cell.Key wordsMicrobial fuel cell; Electrogenesis microorganism; Anode materials ; Electricity production performance；degression;practical第1章绪论目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................. I I 目录 ............................................................................................................................. I II 第1章绪论 .. (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2微生物燃料电池 (3)1.2.1基本原理和分类 (3)1.2.2微生物燃料电池的关键问题 (5)1.2.3微生物燃料电池的发展方向 (8)1.3 电极材料及构型 (9)1.3.1 MFC电极研究展望 (10)1.3.2成本降低 (11)1.4研究目的与内容 (12)1.4.1研究目的 (12)1.4.2研究内容 (12)第2章实验材料与方法 (15)2.1 MFC的实验药品和实验仪器 (15)2.1.1实验药品 (15)2.1.2实验仪器 (15)2.2 阳极材料筛选 (16)2.2.1产电性能 (16)2.2.2 经济性评价 (17)2.2.3微藻燃料电池的实用化研究 (18)结论 (20)参考文献 (22)致谢 (1)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景和意义21世纪是绿色的世纪，可持续发展的世纪，然而随着人类智力的提升，科学技术不断的革新，环境问题成为严重制约人类社会发展的因素。
微生物燃料电池1.前言能源危机是令当今各国头痛的问题，并引起世界广泛关注。
寻找新能源迫在眉睫。
生物质能源是现今备受推崇的新能源之一，其潜力正不断被挖掘。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是生物质能源应用中的一种，是近年来迅速发展的新型燃料电池。
既可以降解废弃物，又能发电，确实是一种值得深究的变废为宝方式。
2.微生物燃料电池的发展19世纪30年代，英国植物学家Potter在研究细菌培养液的时候首次发现细菌能产生电流。
50年代，美国科学家利用宇航员的尿液和活细胞制造了一种能在外太空使用的生物燃料电池。
70年代，生物燃料电池的研究逐渐从以前的间接生物燃料电池转向直接生物燃料电池。
80年代，由于可作为小功率的电源，对微生物燃料电池的研究开始活跃。
90年代，用污水作为底物，达到净化污水同时获取电能的目的。
21世纪后，对微生物燃料电池的应用研究开始转向环保领域，受到众多环境学者的广泛关注。
3.微生物燃料电池的原理其本质是一种电化学电池，有阴阳两级，电极一般有炭纸和石墨两类。
中间一般用PEM膜（或盐桥）相隔。
阳极材料一般用石墨，阳极室充入待降解的污水或污泥，里面的微生物附着在电极上，在氧化降解底物的同时产生电子，电子通过外导线流入阴极，质子则通过PEM膜（或盐桥）进入阴极室，与电子、氧气结合生成水。
以葡萄糖底液为例：Anodic reaction:C 6H12O6 +6H2O → 6CO2 +24H++24e－Cathodic reaction:6O 2 +24H++24e－→ 12H2O在MFC的阳极室充入可降解有机物作为燃料来产电，这些可降解有机物可以是生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、重金属、海水等。
其产电微生物有希万氏菌(Shewanella)、铁还原红育菌(Ｒhodofoferax ferrire-ducens)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、人苍白杆菌(Ochrobactrum anthropi)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、丁酸梭菌(Clostridiumbutyrioum)、耐寒细菌(Geopsychrobacter electrodiphi-ous)等[1].微生物的产电主体主要是附着在电极上形成的微生物膜。
微生物燃料电池毕业论文目录A BSTRACT .................................................. 错误!未定义书签。
第一章．文献综述 (1)1.1能源发展与环境问题 (1)1.2微生物燃料电池 (1)1.2.1 微生物燃料电池的工作原理 (1)1.3微藻型微生物燃料电池 (2)1.3.1 微藻阳极底物型MFC (3)1.3.2微藻生物阳极型MFC (3)1.3.3微藻生物阴极型MFC (5)1.4微生物燃料电池的应用前景 (5)1.5本课题研究容，目的及意义 (6)1.5.1本课题研究目的及意义 (6)1.5.2 本课题的主要研究容 (6)第二章实验材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1主要试剂及仪器 (7)2.1.2实验装置 (8)2.2实验方法 (9)2.2.1 MFC的接种及启动运行 (9)2.2.2 MFC运行条件 (11)2.2.3 测定指标及方法 (12)2.2.4 实验材料处理方法 (12)2.2.5实验容 (12)第三章结果与讨论 (14)3.1各周期输出电压的情况 (14)3.2各周期阴极藻的生长情况 (15)3.3各周期阳极人工废水的COD处理情况 (16)3.4各周期阴极溶氧的变化情况 (17)第四章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.2展望 (21)参考文献 (22)第一章．文献综述1.1能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。
20世纪50年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。
世界能源危机是人为造成的能源短缺。
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。
社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。
微生物燃料电池技术及工艺优化研究随着能源危机和环境问题的日益突出，寻找替代能源和清洁能源的需求变得越来越迫切。
微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）作为一种具有潜力的新兴技术，可以同时实现废水处理和能量发电，成为能源和环境领域的研究热点之一。
本文将从技术和工艺两个方面，对微生物燃料电池的研究进行综述，并探讨如何进一步优化该技术以提高其性能和应用价值。
微生物燃料电池技术是一种通过微生物催化氧化底物产生电能的过程。
在微生物燃料电池的两个电极中，阴极获得电子，而阳极通过微生物氧化底物产生电子。
微生物燃料电池可使用多种底物，包括有机物、废水、废弃物等，如葡萄糖、乳酸、酒精等，为废物资源化提供了新的途径。
在微生物燃料电池技术的研究中，有两个关键问题需要解决。
首先是选择合适的微生物催化剂。
常见的微生物催化剂包括细菌、古菌和真菌等，它们可以通过代谢底物产生电子并将其转移到电极表面。
对于催化剂的选择需要考虑其附着能力、氧化还原能力和生长适应性等因素。
其次是优化电极材料和结构。
电极材料直接影响微生物燃料电池的电子传输效率和功率输出。
传统的电极材料如石墨、金属和碳纤维等被广泛应用，但其表面积小、传导性差、易受污染等问题限制了微生物燃料电池的发展。
因此，研发新型电极材料，如导电高分子材料、碳纳米管和纳米颗粒等，成为当前研究的重点。
此外，工艺优化也是微生物燃料电池技术发展的关键。
目前，微生物燃料电池的工艺流程主要包括预处理、发酵、沉淀和电流回收等步骤。
预处理阶段用于提高底物浓度和去除杂质，发酵阶段是微生物对底物的氧化过程，沉淀阶段主要用于回收微生物和沉淀物，电流回收阶段用于收集产生的电流。
工艺优化的重点在于提高能量转化效率和废物处理效果。
其中，影响微生物燃料电池性能的关键因素包括温度、pH值、氧气供应、循环速率等。
通过调节这些因素，可以改善微生物活性和电子传输效率。
在微生物燃料电池技术和工艺的研究中，还存在一些挑战和局限性。
微生物在生物燃料电池中的应用研究生物燃料电池（Biofuel Cells）是一种利用生物活性媒介将生物体内的化学能直接转化为电能的装置。
相较于传统燃料电池，生物燃料电池具有更高的能量转化效率和更广泛的应用领域。
而微生物，在生物燃料电池中则扮演着至关重要的角色。
本文将对微生物在生物燃料电池中的应用研究进行探讨。
一、微生物与生物燃料电池的关系微生物是生物燃料电池中最核心的组成部分之一。
微生物可以通过代谢作用将有机物质转化为电子，并通过电子传输链将电子输送到电极表面。
这一过程中，微生物的参与使得在生物燃料电池中产生电能成为可能。
二、微生物的类型和选择在生物燃料电池中，常见的微生物类型包括细菌、真菌以及一些特殊的微生物种类。
选择合适的微生物对于生物燃料电池的性能至关重要。
为了提高电流密度和效率，需要选择能产生足够多电子的微生物，并保证其良好的生物附着性和电子传导性。
三、微生物的代谢作用微生物的代谢作用是微生物参与生物燃料电池的关键步骤，其类型和特性直接影响着电池的性能。
以细菌为例，常见的电子转移途径包括呼吸作用和发酵作用。
呼吸作用通过线性电子传递过程来将食物转化为电子，而发酵作用则通过非线性电子传递过程来完成这一转化过程。
对微生物代谢途径的深入研究，可以为电池性能的优化提供理论依据。
四、微生物与电极的交互作用微生物在生物燃料电池中与电极之间的交互作用对于电池性能的影响不可忽略。
它直接影响微生物在电极上的生长状况、附着性以及电子传输效率。
因此，研究微生物和电极之间的交互作用有助于优化电池的运行性能。
五、微生物在实际应用中的挑战尽管微生物在生物燃料电池中具有重要的作用，但在实际应用中仍存在一些挑战。
例如，微生物的生长状况容易受到环境因素的影响，需要在适宜的温度、pH值和营养条件下进行培养。
此外，微生物与电极之间的生物附着会导致电极表面的阻塞，从而降低电子传导效率。
解决这些挑战将有助于提高生物燃料电池的性能。
微生物在生物燃料电池中的应用技术研究随着全球能源危机的严峻形势以及对可再生能源需求的增加，生物燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术备受关注。
微生物在生物燃料电池中的应用，为电能的高效转换提供了一种独特的解决方案。
本文将针对微生物在生物燃料电池中的应用技术进行深入研究。
一、微生物燃料电池概述生物燃料电池是一种将有机废物直接转化为电能的装置，其基本原理是利用微生物的代谢活动将有机物氧化为电子，并通过电子传递的方式直接将电子输送到电极表面，实现电流的产生。
微生物燃料电池具有结构简单、能源转化效率高以及对环境友好等优点，因此被广泛应用于生物能源领域。
二、微生物选择与培养在微生物燃料电池中，微生物的选择和培养对于电池的性能具有重要影响。
微生物应具备较高的电子传递速率和氧化底物能力，同时要适应极端环境条件的要求。
目前常用的微生物包括细菌、酵母和藻类等。
为了获得高效的微生物，需要通过筛选和培养等手段进行优化。
三、微生物代谢产物的利用在微生物燃料电池中，微生物的代谢产物是产生电流的关键因素。
微生物通过氧化底物，产生电子和质子，通过电子传递链将电子输送到电极表面，形成电流。
此外，微生物还可以产生有机酸、氢气等代谢产物，这些产物可以进一步被利用，提高电池的性能。
四、电极材料与结构优化电极材料的选择和设计对于提高微生物燃料电池性能至关重要。
传统的电极材料包括碳纳米管和导电聚合物等。
近年来，通过纳米技术和材料工程的手段，开发了许多新型电极材料，如纳米颗粒、纳米线和二维材料等。
此外，电极的结构优化也是提高电池性能的关键，如增加电极表面积、提高电子传递速率等。
五、微生物燃料电池的应用领域微生物燃料电池的应用领域广泛，涉及生活污水处理、生物医药以及可穿戴设备等领域。
在生活污水处理中，微生物燃料电池能够将有机废物直接转化为电能，实现废物资源化利用。
在生物医药领域，微生物燃料电池可以作为植入式生物传感器，实时监测体内代谢情况。
此外，微生物燃料电池在可穿戴设备中的应用，为便携式电源提供了新的解决方案。
微生物燃料电池技术的研究进展近年来，随着环境污染日益加重，新能源技术正逐渐成为一种热门话题，微生物燃料电池技术就是其中之一。
微生物燃料电池技术是将生物体内的微生物进行利用，将其通过化学反应转化为电能供应器械使用，从而达到绿色环保的效果。
本文将从微生物燃料电池技术的原理、分类、应用以及未来发展方向四个方面来展开讨论。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池技术利用了微生物代谢的特性。
微生物在代谢过程中会产生电子，一般情况下，电子会释放到自由基、分子中去而形成较为稳定物质。
而微生物燃料电池技术便是通过掌握微生物代谢过程，将电子提取出来，并将其动员起来进行反应，从而产生电力。
具体而言，微生物燃料电池技术是利用微生物菌种代谢的产物如电子、氢离子、酸碱度等，与电极发生反应。
通过微生物与电极之间的媒介物质，在电极表面上形成微生物薄膜，将微生物的产物输入到电极中，从而形成电流，达到发电的效果。
二、微生物燃料电池技术的分类微生物燃料电池技术按照其所涉及的电极，可分为两类：阳极和阴极微生物燃料电池。
阳极微生物燃料电池，是指利用微生物对有机物进行氧化反应，并通过自由电子将反应生成的电子输送至阳极表面。
此类微生物燃料电池的主体为桶状结构，包括有机物质源、阳极、媒介和微生物等组件。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废水处理工程中。
阴极微生物燃料电池，是指利用微生物还原没有质子的化合物，将产生的电子由阴极输送到外部电路，以使电池发出电流。
与阳极微生物燃料电池不同，阴极微生物燃料电池是一种氧还原反应（ORR）技术。
酸碱性阴离子交换膜（AEM）被用作阴极颜料分解电解池的膜，以便于质子渗透到阳极以维持电荷平衡，而电子则流经外部电路。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废气处理工程中。
三、微生物燃料电池技术的应用微生物燃料电池技术在实际工业应用中具有广泛的应用前景。
1. 废水处理：微生物燃料电池技术具有优秀的废水处理效果。
利用微生物燃料电池技术处理废水可以在一定程度上降低传统废水处理的运行成本，改善处理效果。
微生物燃料电池的发展趋势摘要简述了微生物燃料电池(MFC) 的基本结构及运行原理，分析了MFC 在替代能源、生物传感器和开发新型水处理工艺等方面的应用前景。
介绍了不同类型的燃料电池如车用质子交换膜燃料电池、航天飞行器用再生燃料电池、小型便携式产品用直接甲醇燃料电池、中小型电站用固体氧化物燃料电池( SOFC)、微生物燃料电池(MFC )的技术发展现状与研究热点，并指出了未来燃料电池的发展趋势。
关键词微生物燃料电池，微生物，新能源，生物传感器，水处理Title The Development Trend of Microbial Fuel Cell__AbstractThe microbial fuel cell ( MFC ) of the basic structure and operation principle, analysis of MFC in alternative energy, biological sensors and the development of new water treatment technology and application prospect. Describes the different types of fuel cells such as vehicle proton exchange membrane fuel cell, aerospace vehicle with regenerative fuel cell, small portable products with direct methanol fuel cell, small and medium-sized power plant with a solid oxide fuel cell ( SOFC ), microbial fuel cell ( MFC ) technology development and research, and points out the future of fuel cell the development trend of.Keywords microbial fuel cells, microorganisms, new energy, biological sensors, water treatment1 引言微生物燃料电池(MFC) 是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置。
微生物燃料电池研究进展一、本文概述微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是一种将微生物的生物化学过程与电化学过程相结合的新型能源技术。
近年来，随着全球对可再生能源和环保技术的日益关注，MFC因其在废水处理同时产生电能的优势，受到了广泛关注和研究。
本文旨在综述当前微生物燃料电池的研究进展，包括其基本原理、性能提升、应用领域以及未来挑战等方面，以期为MFC的进一步研究和应用提供参考和借鉴。
MFC的基本原理是利用微生物作为催化剂，将有机物质在阳极进行氧化反应，产生电子和质子。
电子通过外电路传递到阴极，与阴极的氧化剂（如氧气）发生还原反应，产生电能。
同时，质子通过电解质传递到阴极，与电子和氧化剂反应生成水。
MFC的性能受到多种因素的影响，包括微生物种类、电极材料、电解质性质、操作条件等。
目前，MFC的研究主要集中在性能提升和应用拓展两个方面。
性能提升方面，研究者们通过优化电极材料、改进电解质配方、提高微生物活性等手段，提高了MFC的产电性能。
应用拓展方面，MFC已被尝试应用于废水处理、生物传感器、海洋能源开发等领域，展示了其广阔的应用前景。
然而，MFC技术仍面临一些挑战和问题，如产电效率低、稳定性差、成本高等。
因此，未来的研究需要在提高MFC性能的注重其实际应用中的可操作性和经济性。
本文将对MFC的研究进展进行详细的梳理和评价，以期为MFC的进一步发展和应用提供有益的参考。
二、MFC的分类与特点微生物燃料电池（MFC）是一种将微生物的生物化学反应与电化学过程相结合，将化学能直接转化为电能的装置。
根据其结构、运行方式以及电解质的不同，MFC可以分为多种类型，各具特色。
单室MFC：单室MFC是最简单的MFC结构，阳极和阴极位于同一室中，通过质子交换膜分隔。
这种结构使得MFC更为紧凑，但也可能因为质子传递的限制而影响性能。
双室MFC：双室MFC由两个独立的室组成，分别包含阳极和阴极，通过质子交换膜或盐桥连接。
光催化紧密耦合微生物燃料电池研究综述光催化紧密耦合微生物燃料电池研究综述近年来，由于能源需求不断增加，不可再生能源储量的枯竭和环境污染等问题逐渐凸显，寻找新的清洁、高效能源成为全球科学家的热点研究领域。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）作为一种新的能源技术，通过微生物将有机废料转化为能源，具有环境友好、高效能源转化和多样化废料处理等优点。
然而，传统的MFC存在能量转化效率低、控制难度大等问题，限制了其实际应用。
为了解决这些问题，近年来，光催化技术与微生物燃料电池相结合，实现了光催化紧密耦合微生物燃料电池，成为一种新的研究热点。
本文将从光催化技术的发展、光催化MFC的原理和应用以及面临的挑战等方面进行综述。
光催化技术作为一种将光能转化为化学能的技术，在过去几十年中得到了广泛的研究和应用。
光催化反应是通过半导体光催化剂（如二氧化钛等）和光源（如太阳光或可见光）共同作用，将光能转化为化学能的反应过程。
相比传统的化学反应，光催化反应具有响应速度快、热能损失少等优势。
在微生物燃料电池中，通过利用光催化剂作为催化剂，可以显著提高微生物燃料电池的效能。
光催化剂通过其半导体特性，吸收光能激发电子，形成电子空穴对。
电子空穴对可以参与电催化反应，加速底物的氧化和还原过程。
此外，光催化剂还可以起到抑菌和增强废水处理效果的作用。
光催化MFC的工作原理是将光催化剂置于阳光照射区域，光催化剂吸收太阳光，产生电子空穴对。
底物（如废水中的有机物）在微生物的作用下，进一步产生电子和质子。
电子通过外部电路流动，完成电能产生，同时通过阳极流向光催化剂，与电子空穴对发生反应。
质子通过阳离子交换膜（如Nafion 膜）流向阴极，与氧气反应，最终生成水。
光催化MFC实现了光催化剂与微生物燃料电池的紧密耦合，使微生物燃料电池的效能得到了显著提高。
光催化MFC的研究在环境治理、废水处理和能源生产等方面有着广阔的应用前景。
一．前言微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水[1]。
随着环境问题和能源危机的日益严重,微生物燃料电池作为一项新型的污水处理和能源回收技术引起了国内外广大研究者的关注,并对MFC的产电机理、产电微生物、电子传递机理、反应器结构、电极材料等进行了广泛的研究。
有研究表明,影响MFC产电的主要因素有:产电微生物、外阻、基质种类和浓度、溶液的pH、温度、缓冲溶液等。
为了更好地研究阳极,微生物燃料电池的阴极大多采用非生物阴极,如在阴极添加Pt作为氧气还原的催化剂以及采用过渡金属(Fe或者Co)化合物、铁氰化钾溶液等[2]。
二．现阶段对微生物燃料电池的研究成果钟登杰等[3]认为虽然非生物阴极具有良好的产电性能,但也存在催化剂价格昂贵、容易失效、需要经常替换等缺点，限制了非生物阴极微生物燃料电池的进一步发展。
于是，研究者们开始致力于开发一种能够可持续发展的微生物燃料电池。
其中，生物阴极微生物燃料电池由于具有建造和运行费用低、可持续发展性强、可产生有用物质或者去除无用的化合物等优点而引起研究者们的关注。
作者搭建了一个生物阴极微生物燃料电池,并以输出电压和库仑效率(CE)为指标，考察了外阻、基质浓度、缓冲溶液对MFC产电性能的影响。
研究结果表明①当外阻≥50Ω时MFC能稳定运行。
MFC的CE随着外阻的减小而增加。
②随着基质初始浓度的增加,MFC稳定运行的时间延长,但CE会降低。
③添加缓冲溶液有利于提高MFC的输出电压和CE,使阴极和阳极溶液的pH保持在中性附近,有利于微生物的生长。
易丹等[4]研究了厌氧活性污泥接种的双室微生物燃料电池分别供给以乙酸钠和淀粉为底物的人工配水的产电情况和有机物去除效果。
结果表明，MFCs中能量的输出与底物的种类有关，使用乙酸钠和淀粉达到的最大输出电压分别为0.43V和0.39 V，最大功率密度分别为36.03和6132 mW/m2,简单底物的输出电压和功率密度高于复杂底物。
MFCs在产电同时还可有效去除水中的有机物，288 h时以乙酸钠和淀粉为底物的MFCs中TOC的去除率分别为91.15%和83.20%，NH3-N的去除率分别为90.31%和86.20%。
扫描电镜发现，2种底物下MFCs阳极表面的微生物形态差异显著，以乙酸钠为底物的MFCs阳极表面生物相主要为杆菌和弧菌；以淀粉为底物的阳极表面主要是球菌，表明不同底物条件下MFCs中所形成的微生物优势种群也不同。
张玲等[5]写道：通过试验发现，以硝酸盐为电子受体的 MFC 在间歇运行过程中，阴极出现了不同程度的亚硝酸盐积累，由于亚硝氮对水质会造成不利影响，同时会降低阴极电势进而影响 MFC 产电，需采取措施加以克服。
本研究在考察负载大小、进水特性(包括硝酸盐浓度和有机物浓度)对双筒型 MFC 产电和反硝化能力的影响基础上，提出抑制亚硝酸盐积累的措施。
研究表明：① MFC电流越大，硝酸盐去除速度越高，但亚硝酸盐的积累现象明显。
当外电阻从50Ω下降到5 Ω，硝酸盐去除速率由 0. 26 mg/(L·h)上升到0. 76 mg /(L·h)，在外电阻为5Ω时，亚硝氮积累浓度达 55 mg/L。
②硝酸盐起始浓度在 20 ～ 120 mg/L时硝酸盐去除速度基本相同，此时硝酸盐去除满足0级反应。
③有机物的加入能提高阴极反硝化速度，避免亚硝酸盐积累，有机物COD浓度在30 ～ 270mg / L时对MFC产电影响不大。
陈立香等[6]认为根据厌氧、好氧操作体系的不同将生物阴极进行分类；归纳总结了微生物组成、电极和分隔材料的研究进展，探讨了生物阴极在去除污染物和生成高附加值产品中的实际应用，并提出了其将来发展的可能方向。
黄丽萍等[7]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。
G.S.Jadhav等[8]介绍了对微生物燃料电池性能的影响的几种重要自然因素。
詹亚力等[9]以醋酸钠水溶液为原料，构建了一个无媒介体、无膜的单室微生物燃料电池，考察了溶液的浓度、外电阻、温度和氧气的加入等因素对电池性能的影响,监测了电池外电压和两极电极电势的变化过程，分析了微生物燃料电池的运行机理。
研究结果表明: ①阳极吸附的微生物的活性是影响电池输出电压(输出功率)的关键因素。
营养液初始浓度越高，微生物活性越高，输出最大电压越高，输出电压与浓度之间的关系符合MONOD方程;溶液中溶氧的存在使微生物活性明显降低，但溶氧浓度降低到一定程度后，活性逐步恢复；随着电池温度的升高，微生物活性快速上升，但温度突变到50e后，微生物活性明显降低；②电池换水后,由微生物活性所决定的阳极电势迅速达到平衡,而阴极电势需要较长的时间才能达到极大值；③随电流密度的变化,两极电极电势相应发生变化，其变化趋势符合原电池的基本规律；④随外电阻的变化，电池输出功率出现极大值，即当外电阻为200Ω时，电池输出功率达到346 mW /m²。
冯玉杰等[10]以多孔碳纸为阳极,耐水性电催化材料为阴极，设计了无媒介双室微生物燃料电池(MFC)。
以厌氧污泥为出发菌株,乙酸钠为底物,外接一定负载条件下,进行MFC产电过程研究。
分别研究进水质量浓度在800 mg/L, 1200 mg/L, 1600 mg/L, 2000 mg/L,以及在外电阻条件为400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω,水力停留时间48 h时，负载两端的电压、功率密度、电化学池中生物量(VSS)和出水COD的变化规律。
结果表明，进水质量浓度升高时,阳极池内生物量减少, COD去除率降低，MFC功率密度提高。
在进水乙酸钠质量浓度为2000 mg/L时，MFC最高功率密度为35171 mW /m²,电流密度为345 mA/m²。
外电阻阻值降低后，平均出水COD升高，MFC电流升高，阳极池微生物产电能力增强。
得出了这样的结论：①MFC 在去除有机废水COD的同时,可以产生生物电能,本研究中,功率密度可达35171 mW /m²。
②负载一定的情况下,增加进水质量浓度无介体双室MFC的输出电压升高,阳极生物量减少, COD去除率降低，单位生物COD去除量增加。
③进水质量浓度不变,随着外电路负载降低，开始电路中电流基本无变化。
当负载降低到6008时，电流增大。
此过程中反应器COD去除能力下降,微生物产电能力明显加强。
④载铂碳纸作为阴极材料时，性能明显优于钌钛阴极，相同条件下，负载两端电压可升高83%。
张乐华等[11]研究了以铁锰氧化细菌为催化剂的生物阴极稳定产电的同时实现生物硝化反应的可行性以及其影响因素，并对生物阴极中的铁锰氧化细菌以及硝化细菌进行了计数。
以铁锰氧化细菌为催化剂的生物阴极MFCs的启动时间为150～200 h，运行稳定时，最高电压达600mV。
研究表明，该生物阴极在稳定产电的同时实现了生物硝化反应，其NO3－-N的生成速率为0.79m/(L·h)，NO2-－N 最高质量浓度为1.56mg/L；阴极进水中NH4－-N 以及Do 浓度均是重要影响因素；对生物阴极中的铁锰氧化细菌以及硝化细菌计数结果表明，铁锰氧化细菌为7.5×106MPN／mL，硝化细菌为9.3×105 MPN／mL。
三．对微生物燃料电池的展望由于具有生物和电化学催化的双重功能，生物阴极已在污染物处理与资源回收等方面表现出了较佳的性能，目前已成为 MFCs 研究的重要方向之一，但由于起步较晚，生物阴极的相关研究报道相对不多，尤其是生物阴极研究中缺少如阳极体系中Geobacter- sulfurreducens、Shewanellaoneidensis等模式菌株，可以用来研究电极反应机理。
目前，研究者对生物阴极微生物的作用机理尤其是电子传递机制还不够了解，限制了其功能的提高并进而影响了实际应用[12]。
关于生物阴极下一步研究的重点包括如下几个方面: ①通过使用基因和蛋白质的分子生物学技术( 如基因组学技术、蛋白质二维电泳等) 深入研究阴极微生物组成、演替和功能；②在微生物学基础上，结合现代分析化学与电化学分析技术，阐明污染物代谢途径和阴极-微生物电子传递机制；③探索高效、低成本的阴极和隔膜材料，从而在提高生物阴极处理效率的同时降低构建成本，以利于生物阴极的推广应用；④应用微生物电合成阐明微生物的代谢途径及微生物与电极表面的相互作用，扩展了生物电极的功能化，为基因工程改造产电菌从而提高整体微生物燃料电池的性能提供理论依据，也是未来一个重要的发展方向[13]。
MFC 自身潜在的优点使人们对其在生物质能转化利用的发展前景看好。
目前，MFC 的研究主要集中在两方面：①通过分子生物学和基因工程技术剖析细胞与电极间的相互作用，改进和调控电活性微生物细胞，降低或去除电子转移过程的屏蔽作用或阻力，以及反应器构型的改进，以期进一步提高 MFC 产电功率和生物质能利用效率；②开展 MFC 产业化研究[14]。
从废弃物的利用角度看，MFC 已具实际应用价值。
但目前 MFC 制造成本偏高，使得经济价值降低。
昂贵的阴极催化剂和阴极材料是 MFC 成本高的主要原因。
寻找高性能、低成本化学催化剂和阴极材料以及生物阴极是MFC生物质能利用的发展方向。
在生物质来源方面，废水类生物质可以被 MFC 有效利用。
对纤维类生物质特别是植物纤维，消除或减轻预处理或降解后生成的酚类、呋喃类等抑制剂对生物活性的影响是 MFC资源化利用过程中需要重点解决的问题。
最后，结合 MFC 现有性能和特点发展起来的电能和化学品联产耦合过程如 MFC 副产 H2O2、利用 CO2的MFC 副产甲烷或有机物等是 MFC 发展的新方向。
结合双室 MFC 膜结构性能和特点开展起来的MFC 海水淡化技术以及 MFC 生产碱技术，也拓展了 MFC 的发展空间和应用范围。
近年来，微生物技术、纳米材料技术、电化学技术、化学和环境工程的巨大发展和进步，为 MFC 研究提供了有利的物质、知识和技术储备。
因此，在不远的将来MFC 有望在生物质能的高效转化和利用方面取得重要进展[15]。
四．参考文献[1] 陈阳．生物阴极型微生物燃料电池结构优化及同步脱氮除碳研究[D]．北京：北科技大学，2009．[2] 卢娜，周顺桂，张锦涛，等．利用玉米浸泡液产电的微生物燃料电池研究[J]．环境科学，2009，30(2)：563-567．[3] 钟登杰,黄霞,梁鹏,夏雪. 生物阴极微生物燃料电池产电性能的研究[J].中国给水排水,2010,26(1):9-11[4] 易丹,陶虎春,李兆飞,梁敏,曾立武. 双室微生物燃料电池利用乙酸钠和淀粉产电研究[J].环境科学研究,2008,21(3):141-145[5] 梁鹏,张玲,黄霞,范明志,曹效鑫.双筒型微生物燃料电池生物阴极反硝化研究[J].环境科学,2010,31(8):1932-1935[6] 陈立香,肖勇,赵峰.微生物燃料电池生物阴极[J].化学进展,2012,24(1):157-162[7] 黄丽萍,成少安.微生物燃料电池生物质能利用现状与展望[J].生物工学报,2010,26(7):942-949[8] G.S.Jadhav,M.M. Ghangrekar.Performance of microbial fuel cell subjected to variation in pH,temperature,external load and substrate concentration[J]. Bioresource Technology, 2009:717-723.[9]詹亚力,王琴,张佩佩,闫光绪,郭绍辉. 微生物燃料电池影响因素及作用机理探讨[J].高等学校化学学报，2008,01:144-149[10]冯玉杰,王鑫,李贺,任南琪.乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程[J].哈尔滨工业大学学报，2007,39(12):1890-1895[11]张乐华,窦春玲,史海凤,李冬梅,刘明,蔡兰坤. 微生物燃料电池生物阴极实现硝化过程的试验研究[J].环境污染与防治,2012,34(9):8-12[12] 康峰，伍艳辉，李佟茗．生物燃料电池研究进展[J]．电源技术，2002,8(11)：723-727.[13] 汪家权，夏雪兰，陈少华. 两类微生物燃料电池治理硝酸盐废水的实验研究[J]．环境科学，2011，31(2)：254-259．[14] RABAEY KOSSIEUR W, VERHAEGE M. Continu-ous microbial fuel cells convert carbohydrates to electricity[J].Water Science and Technology,2005,52(1/2):515-523.[15]毛艳萍,蔡兰坤,张乐华,侯海萍,黄光团,刘勇弟. 生物阴极微生物燃料电池[J].化学进展，2009,21(7/8):1672-1677一．本课题要研究或解决的问题①pH值对微生物燃料电池性能的影响；②温度对微生物燃料电池性能的影响；③外部负载对微生物燃料电池性能的影响；④基质浓度变量对微生物燃料电池性能的影响；⑤探究其他自然因素对微生物燃料电池性能的影响；⑥不同的生物阴极对微生物燃料电池产电效率的比较。
