能源短缺和环境污染现已成为人类生产生活及社会发展的难题。煤炭、石油等化石燃料日渐枯竭,并且化石燃料的燃烧会产生多种固态或气态的物质,导致严重的环境污染。能源和环境的问题愈发严重,对人类生存和社会经济造成严重的威胁。因此,新能源和清洁能源的研究利用成为各界关注的核心。微生物燃料电池是在催化剂为微生物的前提下,将废水中的化学能转化成电能,是一种能达到污水处理和产电双重目的的电化学装置,既能进行废水处理,将污染物回收利用,又能绿色发电形成清洁新能源,使得能源问题和环境污染问题同时得到了解决,拥有无法估计的发展潜力。微生物燃料电池有燃料来源广泛、运行条件温和、工艺条件易控、高效清洁等优势,一提出便受到世界各方的高度关注。能源领域和环境领域将对微生物燃料电池的研究重点放在处理难降解废水时如何提高其产电性能上。阳极基质的选择是影响微生物燃料电池产电性能的主要因素之一。阳极基质的种类及浓度会通过影响微生物的方式间接影响产电性能。对难降解基质采用形成共基质的方式来提高污染物的降解率,进而提高电池的产电性能。实验装置中含氧量也是影响微生物燃料电池的主要因素之一。含氧量的高低会通过影响微生物好氧、厌氧等生化反应间接影响产电性能。对空气阴极部分使用多孔材料,是提高电池产电量的有效方法。本文从共基质和多孔材料两个方向改善微生物燃料电池的性能。首先对阳极基质是链霉素废水的微生物燃料电池,使用葡萄糖形成共基质,利用微生物的共基质代谢原理,研究对比形成共基质前后微生物燃料电池的产电量和废水处理效果;其次对阳极基质是含氮废水的微生物燃料电池,用聚四氟乙烯膜将微生物膜和空气阴极隔开,研究对比有无多孔材料对微生物燃料电池产电量和废水处理效果的影响。通过实验得出以下结论:（1）以链霉素废水为阳极基质,形成共基质后,微生物燃料电池的产电能力和废水处理效果均显著提高。链霉素浓度为50 mg/L时,未形成共基质的电池的COD去除率为52%,电流密度为25 mA/m²,输出电压为4.72 mV;形成共基质后,COD去除率为92%,电流密度为300 mA/m²,输出电压为54mV,是形成共基质前的10倍以上。（2）以含氮废水为阳极基质,在细菌生物膜与空气阴极之间使用了多孔材料聚四氟乙烯膜。运行308天后,四种装置（NB1、NB2、REF、NB0）的醋酸和NH₄⁺的平均去除速度等均符合设计初衷:PTFE膜是有利于延缓微生物燃料电池含氧量的下降,保证硝化反应的进行,有效去除氮有机物。实验后氧气渗透系数分别为1.6×10^-3cm/s、0.2×10^-3cm/s、1.2×10^-3cm/s、0.8×10^-3cm/s,即装置由好到坏的顺序为NB1>REF>NB0>NB2。