1.4 MFC的生物阴极

最近的研究表明：阴极是制约MFC产电的主要原因之一，由于MFC的阴极通常以氧气作为电子受体，从氧的还原动力学看，氧的还原速度慢直接影响了MFC的产电性能，于是研究者开始在阴极中加入各种催化剂来提高氧气的还原速率。根据阴极催化剂种类可以将MFC阴极分为非生物型阴极（abioticcathode）和生物型阴极（biocathode）[45]。

非生物型阴极常用的催化剂主要有Pt、过渡金属元素等。目前，Pt是使用最广泛的高效催化剂，用Pt催化电极反应可以使MFC的产电性能提高近4倍。但是Pt的价格昂贵，极大地增加了MFC的成本，不适于MFC的规模化应用。过渡金属元素，如铁和钴，也是合适的电子介体，因为它们能在各自的氧化还原态之间快速地转化。

非生物型阴极虽然能显著提高MFC的产电性能，但是其成本高、稳定性差、容易造成催化剂污染。为了克服非生物阴极的缺点，研究者们考虑用微生物体内的具有特定功能的酶作为催化剂，取代金属催化剂。与非生物型阴极相比，生物型阴极具有以下优点：（1）以微生物取代金属催化剂，可以显著降低MFC建造成本；（2）生物阴极能够避免出现催化剂中毒，提高MFC运行稳定性；（3）利用微生物的代谢作用可以去除水中的多种污染物，例如生物反硝化等[46]。论文网

1.5 立题依据及研究意义

考察电池启动期阳极、阴极环境因子对反应器系统性能的影响，进行环境因子与电池产电的相关性分析，考察环境因子与输出电压的相关关系，为后续运行提供运行指标参考。与空气阴极微生物燃料电池作对比，考察生物阴极的产电性能与基质利用情况。

2 实验部分

2.1 主要实验试剂与仪器

本实验采用矩形、H型两种双室微生物燃料电池，如图2-1所示。矩形双室电池阴极室和阳极室容积各为200 mL，电极、质子交换膜面积均为50 cm2，双室电池电极间距8 cm，采用石墨毡为电极材料。H型双室微生物燃料电池阴极室和阳极室容积各为500 mL，电极面积为 30 cm2，质子交换膜面积为 15 cm2，采用石墨毡为电极材料。