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生物燃料电池BFC(Biofuel cell)是利用酶(Enzyme)或者微生物组织(Microbe)作为催化剂将燃料的化学能转化为电能的一类电池。以市政及工业有机废水为底物,可以使其在对污水进行生物处理的同时获得电能。该研究的发展目标是降低废水处理厂的运行成本,实现废物的资源化。
以GOx/GC为阳极,Pt/C为阴极,葡萄糖模拟有机废水为底物,组装了酶燃料电池(E-BFC)模型。基于放电曲线和化学需氧量(COD)的测定,研究了葡萄糖浓度,阴极面积等因素对E-BFC产电和COD去除率TE的影响。研究结果表明,在一定范围,E-BFC的最大功率密度随着阴极面积的增大而提高。将质子交换膜与阴极碳纸做压片处理后,产电性能大大提高。底物中葡萄糖浓度增大,电解液传质阻力增大,产电能力下降,在底物中葡萄糖浓度为2.0×102mg/L的情况下,燃料电池的最大功率密度可以达到31.0 mW/m2,COD去除率TE最高达19.84%,低的COD去除率与酶的活性及稳定性有关。
以北京工业大学化粪池废水进行接种,配制葡萄糖模拟有机废水,分别以石墨毡、碳纸和钛作为阳极,Pt/C为阴极,设计了微涡流微生物燃料电池(MFC)装置。比较了不同阳极载体、阴极面积、葡萄糖的浓度、水流速度对电池电流输出的影响。研究了电池对模拟废水的COD去除率。结果表明:石墨毡作为阳极载体,接两片载Pt碳纸阴极,葡萄糖浓度3.00g/L,反应液连续通N2保持厌氧,水流速度20.0ml/min的条件下,电池的最大功率密度达到16.6mW/m2,COD去除率TE在121h时达到最大80.45%。
本论文的研究为生物燃料电池的进一步实践提供可行的技术数据和理论依据。