甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

作者：何丹; 张尔翼; 杨祖洁; 余林鹏^*; 周顺桂

来源：环境科学学报, 2021, 41(09): 3446-3456.

DOI：10.13671/j.hjkxxb.2021.0076

• 微生物燃料电池
• 甲烷厌氧氧化
• 产电能力
• 电化学活性
• 高通量测序

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池(MFC)产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法(CV)分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布(GTC)复合材料为阳极时产电性能(1251.3 mA·m-2)最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜(G-HFM)阳极(34.8 mA·m-2)和碳布(CC)阳极(3.21 mA·m-2)的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V(vs. SHE)时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度(703.9 mW·m-2)优于铁氰化钾(457.2 mW·m-2)、空气阴极(124.2 mW·m-2)和高锰酸钾(20.7 mW·m-2)作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter(17.14%)和Desulfovibrio(8.51%)为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌(Methanobacterium、Methylomicrobium等)与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.

• 单位
  福建农林大学