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微生物燃料电池是以微生物为催化剂,将化学能直接转化为电能的装置。对于微生物燃料电池应用的研究,现在主要是利用其进行污水的处理。利用废水中的有机物为原料,为微生物的生长提供能量,在处理废水的同时产生电能。本研究探求利用无机化合物作为能量来源,构建嗜酸微生物燃料电池并将其应用于SO2的去除。实验利用氧化亚铁硫杆菌菌液为产电微生物的来源,复壮富集了氧化亚铁硫杆菌,考察了生长条件对其的影响,确定了最佳的培养条件;根据氧化亚铁硫杆菌的特点,构建了生物阴极微生物燃料电池,通过改变阳极电子供体和电池的操作条件来考察不同电子供体的产电性能、产电效率;利用氧化亚铁硫杆菌的特性,将构建的微生物燃料电池应用于SO2废气的处理。得到以下研究成果:
氧化亚铁硫杆菌的最适生长温度范围为30℃;最适生长pH值为2.0。利用得出的最佳条件对矿山酸性废水进行分离富集培养可以得到生长良好的氧化亚铁硫杆菌。利用空气阴极微生物燃料电池对氧化亚铁硫杆菌进行电化学活性培养富集,得到具有电化学活性的氧化亚铁硫杆菌,从而将其应用于微生物燃料电池的构建。
将氧化亚铁硫杆菌作为阴极的MFC的产电性能优于将其作为阳极的产电性能,功率密度可达到1656.97mW/m2。该微生物燃料电池实现了电池的阴阳极的生物双催化。阴、阳极发生的氧化还原反应都在微生物的作用下,提高了电子的传递效率。利用T.f菌为阳极构建微生物燃料电池反应器进行SO2废气的处理,该反应器的容积为1.96L。SO2废气为硫酸镁热解所得。当气速为40mL/min时,SO2的去除率可以达到99%。气速对处理效率有很大的影响,当气速增大到60mL/min时,SO2的去除率降低到90%左右。阴、阳极距离减小10cm,可以使SO2的去除效率降低大约13%。