構(gòu)建以老齡垃圾滲濾液為底物的空氣陰極型單室微生物燃料電池（MFC）,研究陽極與陰極面積變化對(duì)微生物燃料電池產(chǎn)電性能和對(duì)老齡垃圾滲濾液處理效果的影響。結(jié)果表明,當(dāng)3組電池陽極/陰極面積分別為7.065/7.065 cm²、12.56/7.065 cm²和12.56/3.14 cm²時(shí),輸出電壓分別為105、160和50 mV,最大功率密度分別為33.7、96.4和5.7 mW/m³,內(nèi)阻分別為577.6、433Ω和914Ω;COD去除率分別為21.4%、18.5%和47.6%,氨氮去除率分別為58.3%、73.9%和34.2%,溶液pH值呈上升趨勢(shì)、電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

微生物燃料電池裝置示意圖

不同電極面積單室微生物燃料電池運(yùn)行期間的輸出電壓如圖2所示。1#MFC、2#MFC和3#MFC的陽極與陰極面積比分別為2.25∶2.25、4.00∶2.25和4.00∶1.00。由圖2可知，3個(gè)電池最大穩(wěn)定輸出電壓分別為105、160和50 m V。其中，1#MFC與2#MFC陰極面積相同，2#MFC的陽極面積是1#MFC的1.78倍，由于2#MFC電極表面附著的微生物相對(duì)較多，代謝能力較強(qiáng)，因此2#MFC輸出電壓高于1#MFC，為1#MFC的1.52倍。2#MFC與3#MFC陽極面積相同，陰極面積為3#MFC的2.25倍，由于增加了與電子受體即氧氣的接觸面積，加強(qiáng)了陰極的還原反應(yīng)，故2#MFC最大輸出電壓為3#MFC的3.2倍。這表明增大電極面積有利于提高微生物燃料電池的輸出電壓，同時(shí)也表明，在一定面積范圍內(nèi)增加電極表面積時(shí)，增大陰極表面積比增大陽極表面積更有利于MFC產(chǎn)電性能的提高。另外，對(duì)比1#MFC與2#MFC、3#MFC與2#MFC可知，輸出電壓的增加與電極面積的增大不呈對(duì)應(yīng)的倍數(shù)關(guān)系，這與馮雅麗等[17]得出的電池輸出的結(jié)論一致，表明產(chǎn)電性能除受電極面積的影響外，與電極表面附著微生物量、代謝活性有關(guān)，還與陽極和陰極對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)電能力的貢獻(xiàn)不同有關(guān)[18]。另外，3個(gè)電池電壓達(dá)到最大電壓的時(shí)間不同，首先達(dá)到最大電壓的是2#MFC，然后是3#MFC、1#MFC，由于2#MFC的陽極面積比1#MFC大、陰極面積比3#MFC大，陽極附著的微生物量較多，電子傳遞效率較高，同時(shí)陰極有足夠與電子受體（氧氣）接觸的面積，有利于陰極反應(yīng)的進(jìn)行，故2#MFC電壓升高較快。1#MFC與3#MFC相比，3#MFC有充足的陽極面積讓產(chǎn)電菌附著，從而比2#MFC升高電壓塊，但陰極面積過小，接收電子能力有限，故最大輸出電壓小于2#MFC。

3個(gè)電池的極化曲線和功率密度曲線如圖3所示。根據(jù)極化曲線計(jì)算出3個(gè)電池的內(nèi)阻分別為577.6、433和914Ω。通常，增大電極面積能有效降低內(nèi)阻[19]。2#MFC與1#MFC陰極面積相同，陽極面積是1#MFC的1.78倍，內(nèi)阻減小25%;2#MFC與3#MFC陽極面積相等，陰極面積是3#MFC的2.25倍，內(nèi)阻減小52.6%。與輸出電壓類似，陰極面積的變化對(duì)內(nèi)阻的影響較大。由圖3b可知，3個(gè)電池最大輸出功率密度分別為33.7、96.4和5.7 m W/m3，內(nèi)阻是影響微生物燃料電池產(chǎn)電性能的重要因素，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，增加陰極面積或陽極面積均可減小電池內(nèi)阻，提高電池的最大輸出功率密度。3#MFC產(chǎn)電性能較差的原因還在于3#MFC的陽極面積相對(duì)陰極面積太大，陽極面積是陰極面積的4倍，過大的陽極面積會(huì)增加內(nèi)阻，因?yàn)檩^大的陽極面積，給產(chǎn)電細(xì)菌提供了足夠的生長空間，在同樣的底物濃度下，產(chǎn)電細(xì)菌的生長較為分散，單位面積上的產(chǎn)電菌密度減小，與陽極液溶解氧接觸的幾率也相應(yīng)增大，不利于陽極厭氧菌的生存，從而降低了電子的傳遞效率[20]。2.2 陰極陽極面積變化對(duì)垃圾滲濾液中污染物處理效果的影響

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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