微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种废水处理和能量回收同步进行的技术。MFC的阳极产电菌可将废水中的有机物分解,并将产生的电子通过外电路传递到阴极。不但还原性有机物可在阳极被氧化,氧化性污染物也可通过在阴极得电子被还原去除。Cr（Ⅵ）可在阴极被还原为毒性低的Cr（III）,生成的Cr（III）再与OH-生成Cr（OH）3沉淀达到去除Cr（Ⅵ）的目的。并且,Cr（Ⅵ）的理论还原电位为1.33V,高于通常用作MFC阴极电子受体的O2的还原电位（1.23V）,如果Cr（Ⅵ）能在MFC阴极被快速还原,则有望达到去除Cr（Ⅵ）和产能的双重目的。目前,MFC去除Cr（Ⅵ）的效果较差,产能较低,这阻碍了MFC在处理实际含Cr（Ⅵ）废水中的应用。本文主要做了以下工作:（1）通过在阴极催化层一侧增加活性碳层构建三维阴极MFC来提高Cr（Ⅵ）的去除;（2）通过调整离子交换膜减少Cr（Ⅵ）从阴极向阳极的渗透,维持阳极产电菌的活性;（3）通过对活性碳进行微量氮和铁的修饰,进一步提高MFC去除Cr（Ⅵ）的效果。在构建三维阴极MFC提高Cr（Ⅵ）去除方面,对比了在阴极催化层一侧添加活性碳（3D-MFC）和不加活性碳层（2D-MFC）两种情况下MFC的产电能力和对Cr（Ⅵ）的去除。结果表明,相同时间内,3D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除率达到93.75%,而2D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除率只能达到56.25%。在产能方面,3D-MFC的单个周期的电池电压（外电阻为1000Ω）最高达468 m V,比2D-MFC的电压高约40m V;3D-MFC的最大功率密度为900±10m W·m-2,比无活性碳2D-MFC(400±10m W·m-2)高55.6%。从极化曲线可以看出,高阴极电位对提高产能起到主要作用。这些结果表明,3D-MFC能在提高Cr（Ⅵ）去除效果的同时提高产能。由于使用离子交换膜（CMI-7000）时,Cr（Ⅵ）易从阴极渗透到阳极,导致阳极产电菌中毒失活,因此,改用离子交换膜N117分隔阴阳极室。结果表明,当MFC使用离子交换膜N117后,阳极室溶液中Cr（Ⅵ）浓度在单个运行周期内最大浓度低于0.6mg/L,而使用离子交换膜CMI-7000时,阳极室溶液中Cr（Ⅵ）浓度最高可达8mg/L,是N117膜的13倍。这说明离子交换膜N117能有效阻止Cr（Ⅵ）向阳极的渗透。但在该体系下,3D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除效果却较低,仅能达到50%左右。为进一步提高3D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除率,我们向添加到阴极催化层一侧的活性碳中掺杂少量N和Fe,将微量N、Fe修饰后的活性碳添加到催化层一侧。结果表明,氮铁活性碳的3D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除率可达90%。此外,该氮铁活性碳的3D-MFC对Cr（Ⅵ）的去除受p H、外阻因素影响。MFC在中性条件（外阻为1000Ω）对Cr（Ⅵ）的去除率可达95%,微观表征结果表明,掺杂后的活性碳由纳米级小球组成,且具有丰富的孔隙,这为Cr（Ⅵ）的吸附和扩散提供了必备条件。结果表明N、Fe成功掺入到炭黑中,能够用低成本氮铁碳黑阴极来代替铂碳阴极,降低了MFC去除Cr（Ⅵ）的成本。