Page 12 - 《精细化工》2021年第1期
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·2· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
源问题的重要技术，受到研究人员的广泛关注。利 1 MFC 技术
用 MFC 处理有机废水，产生的最大输出功率密度为
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95.7 mW/m ，化学需氧量（COD）去除效率高达 MFC 是以微生物为催化剂氧化有机物及无机
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90% 。尽管 MFC 技术具有降解废水和产生电能的 物并产生电能的装置，主要包含阳极、质子交换膜
双重优势，然而相对较低的产电效率和高运行成本 （Proton exchange membrane，PEM）、阴极、产电
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是制约 MFC 推广应用的主要因素 ，提升 MFC 的 微生物、电子受体，其工作原理如图 1 所示。在阳
产电性能是推动技术发展的重要渠道，通过查阅文 极室内，产电微生物以废水中的有机物为营养物质，
献，介绍了 MFC 系统的重要组成及其限制产电的因 在生长代谢的过程中释放电子和质子，电子通过细
素，提出了解决方法，并对未来 MFC 技术的发展提 胞内电子传递链转移到细胞膜上，通过直接或间接
电子传递机制转移到电极上，然后通过外电路转移
出建议，为推动 MFC 技术的工程应用提供指导。
本文结合近年来 MFC 的研究进展，主要从 MFC 到阴极，与电子受体及穿过质子交换膜的质子发生
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的整体组成构造分析 MFC 产电性能的主要影响因 还原反应，形成完整的电化学过程 。MFC 技术可应
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素，并提出解决措施，为 MFC 工程化应用的早日到 用于污水处理 ，与其他系统耦合 及生物传感器 [10]
来提供帮助。 等领域，具有广阔的发展前景。
图 1 微生物燃料电池的工作原理图
Fig. 1 Working principle diagram of microbial fuel cell
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2 产电性能的影响因素 PO 4 -P 和 NH 4 -N [11] 。但双室 MFC 阳极和阴极距离
较大引起内阻升高，从而导致产电效率降低，并且
产电效率低是限制 MFC 大规模应用的主要原 会增加维护成本和操作复杂性。RAHMAN 等 [12] 以
因，下文分别分析 MFC 组成部分对产电性能的影响 碳纸作为电极的双室 MFC 去除甜菜加工废水，最高
及解决方法。 功率密度为 14.9 mW/m 。
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2.1 MFC 构型 与双室 MFC 相比，单室 MFC 具有反应器配置
MFC 的构型是影响 MFC 产电性能的重要因素， 简单，直接利用空气中的自由氧作为电子受体，运
不同的 MFC 构型具有不同的处理体积及阴阳极间 行成本低的特点，得到了研究者们的广泛研究。单
距，造成电子传递效率的差异。目前，MFC 构型分 室 MFC 使用细菌作为催化剂来氧化或还原物质以
为单室、双室和栈堆 3 种类型（图 2a~c）。双室 产生电能，两极距离较短，传质阻力小，从而产电
MFC 的阳极和阴极之间由质子交换膜隔开，系统可 密度较大。HWANG 等 [13] 以含油废水为基质的单室
以高度浓缩废水中的养分，在 435 mg COD/(L·d)的 MFC，运行结束后功率密度为(225.3±3.2) mW/m 。
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有机负荷时，可以去除 90%以上的有机物，最大功 由于 H 的传递滞后和氧气容易进入阳极影响产电
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率密度为 253.84 mW/m ，同时回收市政污水中的 微生物活性，单室 MFC 中经常发生电解质酸化，导
