微生物燃料电池技术发展及其应用前景探讨

李婉君

中山市环境监测站

微生物燃料电池技术发展及其应用前景探讨

李婉君

中山市环境监测站

现今时代的进步和科技水平日益提升，科学技术领域成就显著，其中，微生物燃料电池技术的发展相对较快。微生物燃料电池技术（Microbial Fuel Cell，MFC），是一种先进的能源技术，通过微生物催化化学燃料，如糖或有机酸等能源转化为电能。微生物燃料电池技术的应用前景十分广阔，本文就其应用作相关探讨，期望能为微生物燃料电池技术的应用水平的提高提出一些建议和帮助。

微生物燃料电池技术；相关应用；MFC；废水的处理

1 引言

过去一个世纪里，化石燃料是经济发展和工业建设的重要能源之一，起着必不可少的作用。然而，由于化石燃料是不可再生资源，预估在未来的百年或百年后将被用尽，势必会造成资源的紧缺。而现阶段，化石燃料被大幅度的人工开采利用，这不仅破坏了生态环境，使生态失衡，还加剧了全球气候变暖，使全球气候进一步恶化。所以，对新能源进行相关方面的研究开发，是未来科研的重要部分，应当予以重视。其中，微生物燃料电池，作为新时代的环保能源之一，近几年受到人们的好评，是目前国际上研讨的热点之一。本文就微生物燃料电池技术的发展，及其在生活废水处理上应用作简要探讨。

2 微生物燃料电池技术发展

2.1 微生物燃料电池的工作原理

微生物燃料电池通过利用微生物分解有机燃料，将产生的化学能转化为电能。最简单的微生物燃料电池，通常由三部分组成，阴极、阳极和隔膜。阳极上的细菌分解出有机燃料，产生质子和电子，其中一些电子则通过一组呼吸酶的形式传递，细胞以ATP的形式获得一定量的能量。另一部分电子则从外部电路被转移到阴极。质子则以隔膜为载体被传递至阴极，阴极上电子与电子受体彼此间结合，从而形成闭合回路的环境。

2.2 反应器构型设计与改进

按照反应器的结构，现阶段微生物燃料电池有两种基本的结构，即单室和双室。基于微生物燃料电池的相关工作原理，可做出多种变型。例如，阳极的阳离子交换膜和MFC中的阴离子交换膜之间，阴和阳两个淡化离子室，两室的离子膜的离子运动在电场力的作用下，从而达到淡化的效果，这种变化被称之为微生物脱盐电池。

2.3 电池与电极结构

阳极室和阴极室由质子交换膜（PEM）隔开，阳极的表面由细菌生长，氧化有机物释放阳极上的电子，并且将质子释放到溶液中去。在阴极上，溶解氧与电子和质子则通过曝气的形式反应。

在MFC应用中，可生物降解的有机物在中间得到较为成功的应用。目前，常见的MFC的基本结构，主要的有有膜单室、无膜单室及常规双室三种。结合MFC生物反应器的基本模式和配置及其相关研究，目前研制了许多新式新型的配置，如管状填充MFC，MFC堆栈等。在MFC的广泛应用中，由于PEM的成较高，同时会增加内部阻力，因此，在溶解污染物应用时，产生悬浮物的概率很高，往往会产生异常难闻的异味。此外，有关探讨或研究发现，无PEM的情况下，应用中输出的功率会增大，不失为一种科学、合理可行的MFC设计方案。

3 生物燃料电池的应用

3.1 处理污水的应用

MFC技术前景十分广阔，技术应用上新颖先进。不仅可以降解相关有机污染物，而且可把降解有机物的能量转化为电能和氢气，并在不浪费电能的前提下，用于生产H2O2等物质。大量相关实验证明，细菌可以应用于分解乳酸废水与淀粉废水。此外，相关研究发现MFC在处理生活污水时也能产生电能。

3.2 沉积物MFC

沉积物MFC的优点众多，不仅其建造成本和运行费用较低，而且其结构较为简单。在自然水体范围内，MFC可长时间运行，并在阴极中形成相应的生物膜，在氧还原反应中起到一种主导作用。沉积物MFC，大多数情况下不运用阴极催化剂，因此其功率的输出十分有限。因为沉积物MFC输出的功率较低，现阶段主要应用于远程监测设备的情况中提供电力。

3.3 生物传感器

根据MFC的工作原理，在一定浓度范围内，MFC输出电压或电流与阳极基体浓度之间存在线性关系，因此它常被用于MFC传感器基础研究。BOD5的快速检测正是利用该原理。此外，传感器型MFC还能实时地监测UAFB中的沼气流速、检验发酵液环境中的pH值，从而达到在厌氧硝化作用的动态变化过程中进行相关的监控目的。

4 结束语

现今时代的进步和科技水平的日益提升，微生物燃料电池技术的应用前景十分地广阔，在不久的未来相信将会得到大幅度的应用。微生物燃料电池，其技术水平的进一步提高，在造福民生福祉的同时，也有引领时代的积极意义，影响深远。微生物燃料电池技术，是当今国内和国际上热议的研究课题，仍需国家予以一定关注，同时，相关的科研人员和工作者也要提高工作热情，进行不懈的研发研究和探讨。

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