微生物电解池产氢及应用初步探讨

1、一种清洁能源一种清洁能源氢氢 氢气由于具有高热值、高热效率、不污染环境的特征而备受青睐。 目前，绝大多数的氢气来源于化石燃料的转化，如天然气、重油、石脑油、煤等，只有4%的氢气来源于电解水。制氢方法制氢方法1新型的氢气制法新型的氢气制法2MECMEC制氢原理制氢原理3MECMEC优点和不足优点和不足4MECMEC的应用的应用5前景展望前景展望6参考文献参考文献7主要内容主要内容1化学制氢化学制氢: :天天然气、石油等然气、石油等化合物的重整化合物的重整制得，是目前制得，是目前世界上应用最世界上应用最广泛的制氢方广泛的制氢方式。式。2电解水制氢电解水制氢: :是一种完全清是一种完全清洁的制氢方式

2、，洁的制氢方式，但其耗能量较但其耗能量较大，在现场制大，在现场制氢方面受到一氢方面受到一定的限制。定的限制。 3生物制氢生物制氢: :发发酵产氢不能使酵产氢不能使有机物彻底氧有机物彻底氧化，产氢率较化，产氢率较低。低。制取氢气的方法制取氢气的方法 新型的制氢方法新型的制氢方法微生物燃料电池（MFC）是在微生物的催化作用下，将有机物转化为无机物并释放电能的过程。Logan等在微生物燃料电池（MFC）的基础上发现了一种新的产氢方法，微生物电解（MEC）产氢。MEC制氢原理制氢原理 它的阴、阳极均为厌氧环境，同时，在外电路串联了一个电源。MEC的阳极反应是微生物代谢底物生成质子、电子和二氧化碳，电子

3、通过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜扩散到阴极。阴极反应， MEC则质子和电子反应生成氢气。MECMEC优优点点 阳极需贵金属作为催化剂产氢，增加产氢的成本。 针对成分复杂的有机废水，MEC 的处理能力和产氢能力还需要进一步研究。 对于有膜MEC，阴阳极之间的pH 梯度差必须要解决，同时，还要将膜的价格降下来 对于无膜MEC 和生物阴极MEC，产甲烷菌对氢气的消耗要降低和去除。 产电菌群的研究，以及影响其活性的物理和化学因素的认识和了解。然而，最重要的是设计一种经济有效的、可放大的MEC 系统。 MEC的不足的不足 生产化肥生产化肥处理养猪场废水处理养猪场废水影响氢产率的因素影响氢产率的因素

4、MECMEC的应用的应用生产化肥生产化肥 目前我们使用的化肥大都是在工厂中生产出来之后才运输到各个农场中去的，这个过程中浪费了许多的人力与物力。 如果在规模比较大的农场中，将自产植物的纤维素生产出来的氢气与空气中唾手可得的氮气进行加工生产氨和硝酸，就能制备硝酸铵、硫酸盐和磷酸盐等肥料。处理养猪场废水处理养猪场废水 在猪场废水处理过程中，生产一种有用和有价值的产品如氢气，可以降低处理成本。理论上废水在微生物电解池处理过程中会产生氢气，在单室电解池阳极使用石墨纤维刷时，每天可以收集1m3的氢气。氢气的产生效率 高达39%-190%。影响氢产率的因素影响氢产率的因素电极间距电极间距减少电极间距可以增

5、加产氢量反应室反应室单室、双室两极材料两极材料阳极阳极：碳网、石墨颗粒等。阴极阴极：过渡金属 盐度、盐度、PHPH、溶、溶液的电导率液的电导率适当重视和加强重视和加强MEC MEC 制制氢的基础理论研究氢的基础理论研究。进一步揭示微生。进一步揭示微生物产氢的机制和条物产氢的机制和条件件, , 在代谢途径方在代谢途径方面切断旁路代谢面切断旁路代谢, , 解除代谢阻遏解除代谢阻遏, , 使使总体代谢途径向产总体代谢途径向产氢方向进行氢方向进行 12 2 3 3 加强新型高效催加强新型高效催化材料的研究、化材料的研究、开发设计和开发开发设计和开发新型高效新型高效MEC MEC 阴阴极催化剂极催化剂,

6、 , 是今是今后开发高效后开发高效MEC MEC 催化材料的研究催化材料的研究方向方向提高催化效率和提高催化效率和延长电极寿命是延长电极寿命是MEC MEC 技术得以广技术得以广泛应用的关键前泛应用的关键前提提MEC 制氢研究重点制氢研究重点ECEC制氢技术是一种符合可持续发制氢技术是一种符合可持续发展战略的课题。利用废水中的废物展战略的课题。利用废水中的废物生物质产氢生物质产氢, ,不仅实现了废水的减不仅实现了废水的减排排, ,而且有效回收利用其中蕴含的而且有效回收利用其中蕴含的生物质能。随着能源危机的加深和生物质能。随着能源危机的加深和各国对能源需求量的日益增各国对能源需求量的日益增加加,

7、MEC,MEC技术对生物质能的利用具技术对生物质能的利用具有巨大的开发潜力和广阔的前景。有巨大的开发潜力和广阔的前景。前景展望前景展望参考文献参考文献 郭坤，张京京等.微生物电解电池制氢【J】.化学进展，2010.4 陈小粉，柳娴，李小明等，微生物电解产氢新技术研究现状与进展【J】.环境科学与技术，2010.9 王利勇，叶晔捷等，废水同步生物处理与微生物电解池产氢的研究进展【J】.现代化工，2010.9 滕继濮，微生物电解池：污水变氢气.科技日报，2011.3.18,006版 High hydrogen production rate of microbial electrolysis cell (MEC) with reduced electrode spacing by logan Rachel C. Wagner，John M. Regan，Hydrogen and methane produ