Page 220 - 《精细化工》2023年第12期

第 40 卷第 12 期 精 细 化 工 Vol.40, No.12
2 023 年 12 月 FINE CHEMICALS Dec. 2023

水处理技术与环境保护
纳米 Fe O 对沼液 MFC 产电特性
3
4
与有机物降解的影响

3
李思煜 1,2 ，张全国 ，王 芳 1,2* ，邸 璐 1,2 ，张德俐 1,2 ，
3
张志萍 ，易维明 1,2 ，付 鹏 1,2*
（1. 山东理工大学 农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000；2. 山东省清洁能源工程技术研究中
心，山东 淄博 255000；3. 农业部农村可再生能源新材料与装备重点实验室 河南农业大学，河南 郑州
450002）

摘要：为了提高微生物燃料电池（MFC）对沼液中有机质的降解和产电效率，将纳米 Fe 3 O 4 与 MFC 结合，考察
了纳米 Fe 3 O 4 以 Fe 3 O 4 @生物炭和 Fe 3 O 4 @碳毡两种不同介入方式对 MFC 性能的影响。结果表明，两种方式均可
成功启动 MFC，且产电效率远高于无纳米 Fe 3 O 4 介入的空白实验，最高电压分别为 699 和 707 mV，最高电压持
2
续时间均可长达 10 d。Fe 3 O 4 @碳毡与 Fe 3 O 4 @生物炭介入下，MFC 最大功率密度分别为 700 和 578 mW/m ，比
未使用纳米 Fe 3 O 4 的 MFC 提高了 43%和 31%。将 Fe 3 O 4 @碳毡作为阳极电极得到的化学需氧量（COD）降解率
+
+
最高，为 51.76%；直接投加 Fe 3 O 4 @生物炭对 NH 4 -N 的降解影响最大，投加 Fe 3 O 4 @生物炭后 NH 4 -N 含量由
+
(6800.14±57.86) mg/L 降至(689.14±37.29) mg/L，NH 4 -N 降解率达到 89.87%。纳米 Fe 3 O 4 参与的 MFC 微生物群
落结构合理，两种介入方式均刺激了主要水解细菌梭菌纲（Clostridia）的生长富集。随着纳米 Fe 3 O 4 的位置变
化，Clostridia 的相对丰度在以 Fe 3 O 4 @生物炭和 Fe 3 O 4 @碳毡介入的 MFC 中分别达到 61.11%、50.98%。二者的
电活化细菌中 β-变形菌纲（Betaproteobacteria）含量最高，并且在反应后碳毡上发现了反硝化细菌芽孢八叠球
菌属（Sporosarcina）。
关键词：沼液；MFC；纳米 Fe 3 O 4 ；有机物降解；菌群结构；水处理技术
中图分类号：X703；TM911.45 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 12-2762-10

Effect of nano-Fe 3O 4 on electrical production characteristics and

organic degradation of methane MFC

1,2
1,2
1,2
3
LI Siyu , ZHANG Quanguo , WANG Fang 1,2* , DI Lu , ZHANG Deli ,
1,2
3
ZHANG Zhiping , YI Weiming , FU Peng 1,2*
（1. College of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255000,
Shandong, China; 2. Shandong Research Center of Engineering & Technology for Clean Energy, Zibo 255000,
Shandong, China; 3. Key Laboratory of New Materials and Facilities for Rural Renewable Energy of Ministry of
Agriculture and Rural Affairs, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, Henan, China）
Abstract: In order to improve the organic matter degradation in biogas slurry and electricity production of
microbial fuel cell (MFC), nano-Fe 3O 4 was combined with MFC via two different intervention methods by
loading nano-Fe 3O 4 on anode carbon felt (Fe 3O 4@carbon felt) and loading nano-Fe 3O 4 on biochar
(Fe 3O 4@biochar) into the anode chamber. The influence of these two intervention methods on the
performance of MFCs were investigated. The results showed that MFC could be started by both methods,
and exhibited much higher electrogeneration efficiency compared with MFC without nano-Fe 3 O 4 intervention.

收稿日期：2022-11-29; 定用日期：2023-05-08; DOI: 10.13550/j.jxhg.20221098
基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFE0206600）；国家自然科学基金项目（52206225，52130610，52106258）；山东省高等学
校“青创科技支持计划”项目（2021KJ097）
作者简介：李思煜（2000—），女，硕士生，E-mail：lsy_0125@qq.com。联系人：王 芳（1987—），女，副教授，E-mail：waterfall0711@
sdut.edu.cn；付 鹏（1981—），男，教授，E-mail：fupsklcc@126.com。