环境因子对微生物燃料电池中硝基酚降解的影响研究(2)
2.1.2 实验药品与设备 8
2.1.3 溶液配制 8
2.2 实验方法 9
2.2.1 反应器运行方法 9
2.2.2 液相色谱分析 10
2.2.3 紫外光谱分析 10
2.2.4 基因高通量测序 11
2.2.5 扫描电子显微镜分析 11
2.3 数据收集 11
2.3.1 MFC 电压 11
2.3.2 阴极中硝基酚降解率 12
2.3.3 生物阴极菌群结构 12
2.3.4 阴极表面对比 12
3 结果与讨论 13
3.1 生物阴极分析 13
3.1.1 生物阴极 MFC 还原硝基酚性能考察 13
3.1.2 生物阴极菌群组成结构分析 13
3.2 生物阴极 MFC 和化学阴极 MFC对比 16
3.2.1 生物阴极 MFC 和化学阴极 MFC 还原硝基酚性能对比 16
3.2.2 阴极表面形态比较 18
3.3 不同电极液盐度对系统性能的影响 18
3.3.1 不同电极液盐度对输出电压的影响 18
3.3.2 不同电极液盐度对PNP降解的影响 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献23
1 引言
1.1 微生物燃料电池概述
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种新兴的微生物电化学技术，
它是一种能够将产电微生物作为阳极催化剂，并将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，具有广泛的原料来源，温和的操作条件，良好的生物相容性，较高的理论转化效率等优点，在一些如废水处理和新能源开发等领域中，具有宽广的应用前景[1]。
1.1.1 微生物燃料电池工作原理及结构
微生物燃料电池的基本工作原理：首先在厌氧环境条件下的阳极室中，乙酸钠通过微生物的分解作用，释放出电子和质子，电子在生物组分和阳极之间依靠电子传递介体或直接进行传递，并经过外电路传递到阴极从而形成电流，而质子则是通过质子交换膜后到达阴极。在经典的微生物燃料电池里，一般是作为氧化剂的O2，在阴极得到电子后被还原，并且与质子结合成水。本实验中，生物阴极 MFC 的阴极中的PNP作为电子受体发生还原反应[2]。
微生物燃料电池的结构由三个部件组成，这三个部件分别是阳极、膜以及阴极。
阳极主要的作用是承载产电微生物，它对产电微生物的附着有很大的影响，同时也影响电子在微生物与阳极间的传递效率。所以阳极材料的选择对实验的效果有很大的影响[3]。
质子交换膜是MFC中同样是一个很重要的部分，在双室 MFC 中，它将阳极和阴极分离开来，从而仅使阳极产生的质子从阳极扩散到阴极，而不包含其他物质的扩散传递。
阴极的设计是至关重要的，它决定了实验的方向，相关研究[4,5]表明：阴极是制约微生物燃料电池产电的主要因素之一。目前主要的阴极有空气阴极，化学阴极和生物阴极三种电极。生物阴极相对而言是一项较新的技术，也是本实验中主要研究的对象，其材料选择的是 NOK 碳布。微生物燃料电池采用的催化剂是阳极上面附着的微生物,通过它们降解有机物 (葡萄糖、醋酸盐及乳酸盐等)来生成电子和质子。生成的电子经传递到达阳极, 紧接着经过外电路到达阴极,经此完成一个能够产生外电流的循环；而伴随着电子产生的质子，则会通过分隔材料(质子交换膜
(PEM)或盐桥)或直接通过电解液传递扩散到达阴极，在阴极中与电子、氧化物(氧气、铁氰化钾等)发生还原反应, 这就是电荷在电池内部的传递过程[6]。