生命离不开能量。新型能源正在逐步发展,沉积物微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种依靠微生物氧化有机质产生电能的新型技术,SMFC由埋在厌氧污泥中的阳极及上浮水中的阴极通过外接导线相连而构成。在近十年里,沉积物微生物燃料电池发展迅速。然而,沉积物微生物产电输出并不高,成为了限制其发展的因素之一。SMFC厌氧污泥中含有丰富有机质和产电微生物,因此厌氧污泥选取成为了为产电的关键。本文厌氧污泥取自于齐鲁工业大学大成河,以600 mL厌氧污泥,活性碳毡为电极,通过外接1000?电阻的导线连接两极形成通路。产电周期、最大产电值进行了记录,其最大电压达到了0.19 V,与文献报道的产电电压还有一定差距。基于前人的研究,总结出沉积物微生物燃料电池中厌氧污泥和阴极缓冲液体积比例、电极距离、沉积物中外源添加物、不同电极对产电电压输出均具有一定的影响。因此分别以厌氧污泥和阴极缓冲液体积比例、电极距离、沉积物中外源添加物、不同电极为单一性变量进行了研究,最终得出在2 L玻璃量筒体系中,电极距离为35 cm,厌氧污泥与阴极缓冲液分别为600 mL、1400 mL,厌氧污泥(600 mL)加入20 mL的1 g/L的葡萄糖溶液均经过15 d的驯养的条件下,SMFC在30 d产电周期内表现出了较好的产电性能。SMFC中阳极为接受产电微生物电子的重要部位,因此阳极电极材料的研究成为了产电研究的重要因素之一。本文选择内阻小、导电性能好、比表面积大和生物相容性好的碳纳米管阳极材料为研究对象,通过层层自组装方法有效修饰了阳极活性碳毡。经碳纳米管修饰的装置最大电压达到了0.37 V,未经修饰装置最大电压达到了0.30 V,经多碳纳米管修饰装置产电电压相对对照组提高了24.7%,极化曲线测定表明经碳纳米管修饰装置其开路电压0.60 V,阳极未经修饰装置的开路电压为0.40 V,经修饰装置极化曲线波动较小,其产电稳定性明显高于未经修饰装置。在22 d产电最高时对此时阳极生物膜表征,表明碳纳米管修饰装置阳极生物膜明显厚于对照组阳极生物膜,并对阳极生物膜蛋白定量检测表明经碳纳米管修饰的装置阳极蛋白含量为11.24μg/mL,未经修饰装置为10.24μg/L,阳极生物膜表征和蛋白测定结果说明了碳纳米管修饰后更有利于阳极产电微生物的富集。由于沉积物微生物燃料电池无质子膜存在,阳极厌氧污泥中的有机质较容易导致异养细菌在阴极形成生物膜,成为了SMFC有效产电的限制性因素,本文构建界面双阳极来抑制沉积物上浮,在泥液界面处设置第二阳极,分别在5 d,15 d,30 d进行了阴极生物膜蛋白定量测定及阴极生物膜电镜表征。结果显示界面双阳极SMFC阴极的蛋白含量分别为0.03 mg/L,0.04 mg/L,0.03 mg/L,单阳极SMFC分别为0.10 mg/L,0.11 mg/L,0.14 mg/L,阴极生物膜表征表明界面双阳极装置相比于单阳极SMFC,阴极生物膜厚度明显减少。通过电化学交流阻抗测定表明界面双阳极SMFC阴极电阻为2.13?,单阳极SMFC装置为3.10Ω,电压输出表明界面双阳极SMFC产电电压相对于单阳极SMFC装置提高了31%,产电性能得到了明显提升。阴极蛋白测定、阴极生物膜表征、阴极阻抗测定及产电电压输出的结果证实了界面双阳极SMFC泥液界面处碳毡有效阻挡阳极有机质向阴极移动,抑制了阴极形成异养菌生物膜,保证阴极还原反应有效进行,提高了SMFC产电输出,有助于SMFC产电研究。