微生物燃料电池电子转移机理及最新成果分析课件

1

微生物燃料电池研究

2

目录1.微生物燃料电池（MFC）的概念；2.MFC工作原理；3.MFC电子转移机理分析；4.MFC的特点；5.MFC的应用；6.综述3

MFC的概念

生物燃料电池(microbialfuelcell,MFC)是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置,由阳极区和阴极区组成,中间用质子交换膜(protonexchangemembrane,PEM)分开。

5MFC的基本原理在MFC工作过程中,首先是通过微生物氧化有机底物产生电子,电子被阳性电极接受后通过电线传递到阴性电极,微生物在氧化底物过程中产生的质子通过阳离子半透膜从厌氧槽渗透到好氧槽。最后,在阴性电极上氧气与质子和电子发生作用生成水。这样,通过源源不断的电子流动产生电流。6MFC的基本原理

MFC工作原理图7MFC的基本原理生物燃料电池的工作过程分为几个步骤:1在阳极区,微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化，这个过程要伴随电子和质子(NADH)的释放；2释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上；3电子通过导线转移到阴极区,同时,由NADH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区；4在阴极区,电子、质子和氧气反应生成水.随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行,在外电路获得持续的电流。8MFC的基本原理

其反应式如下.

阳极反应:

C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e-E0=0.014V（1）

阴极反应:

6O2+24H++24e-→12H2OE0=1.23V（2）11

MFC分类阳极区电子转移机理A.直接接触;B.纳米导线;C.氧化还原介体;D.还原态初级代谢产物原位氧化14

MFC利用化学电子中介体来构建,从而使大多数细菌甚至酵母能传递电子。外源中介体包括2,6-蒽醌、二磺酸(AQDS)、硫堇、铁氰化钾、甲基紫精等。Rabaey等研究发现，一些细菌可自身产生或分泌电子中介体,如绿脓菌素及由Pseudomonasaeruginosa产生的相关化合物可以将电子转移到电极。电子转移机理15

纳米导线：Gorby等发现Shewanella，Geobacter菌属具有能导电的菌体表面丝状附属物,他们将其称为细菌的纳米导线.

电子转移机理

Bacteriausedirectandmediatedmechanismstotransferelectronsfromthecellmembranetotheanodesurface.Electronscanbetransferredfromthecellorthroughaconductivebiofilmusingeachmethod.References:RedoxpotentialofShewanellaproducedflavinandaGeobacter(OmcB)outermembranecytochrome电子转移机理18

与常规燃料电池相比,MFC以微生物代替昂贵的化学催化剂,因而具有更多优点:(1)燃料来源广泛,尤其可利用有机废水等废弃物;(2)反应条件温和,常温常压下即可运行;(3)环境友好,所产生的物质主要是CO2和H2O,无酸、碱、重金属等污染物产生,无需对其产物做任何后处理;(4)因能量转化过程无燃烧步骤,故理论转化效率较高；(5)微生物燃料电池还有污泥产率低MFC的特点20MFC的特点表4MFC处理不同难降解有机废水的COD去除率21

1在废水处理中的应用；

2沉积物MFC；

3MFC生物修复技术；4微生物燃料电池产氢。MFC的应用23

沉积物MFC（SMFC）：指把MFC的阳极插在厌氧底泥中，阴极放在含有溶解氧的水面上。海水中的高盐度在MFC的两个电极间可提供很好的离子电导率，而且细菌用来产生电能所需的有机物已经包含在底泥中了。MFC的应用MFC的应用

MFC产氢综述