到世界各国的普遍关注。而这些问题的产生，均与能源的开采加工或利用有着密切的关系。随着经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。因此，世界各国在能源的战略和政策上更加强调能源与环境的关系，更加注意环境保护的重要性。微生物燃料电池微生物燃料电池是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物氧化产生电能的装置，它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质转化为电能。将微生物燃料电池应用到废水处理领域，在处理有机废水的同时获得电能，是缓解当前能源危机和解决环境问题的有效途径，也是环境能源领域的热点研究课题之。微生物燃料电池的工作原理微生物燃料电池利用微生物作为反应主体，利用微生物的代谢产物作为物理电极的活性物质，引起物理电极的电位偏移，增加了电位差，从而获得电能，即将燃料的化学能直接转变为电能。以有质子交换膜的双室微生物燃料电池为例如图，它的工作原理,是在阳极区，微生物将有机底物氧化，这个过程要伴随电子和质子的释放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电子通过导线转移到阴极区，释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区在阴极区，电子质子和氧气反应生成水。随着阳极区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。以葡萄糖为例，其反应式如下图的结构及原理示意图阳极反应阴极反应微藻型微生物燃料电池微藻与技术分别因其高关注度均发展很快，但将两项技术进行结合即微藻型开展相关研究的报道还比较少。早在年，等就开展了微藻型的研究。他们以红螺菌属于阳极室厌氧光照培养，同时将蓝藻附着于多孔铂电极上于阴极室光照培养构建，获得的最大开路电压以及的短路电流。但此的能量利用效率仅为，与当时传统的太阳能电池技术相比还很低，因此相关研究度停滞。直到近几年，微藻和技术的分别发展，以及太阳能综合利用技术的研究，微藻型又重新获得研究者们的关注。按照微藻在系统中的作用来划分，可将微藻型分为微藻阳极底物微藻生物阳极微藻生物阴极三种类型。微藻阳极底物型二〇年六月十四日星期二微藻阳极底物型是将微藻作为阳极室阳极板上微生物可资利用的底物所构建的。微藻是种单细胞绿色植物，其生长速度快占地面积小并且不与农作物竞争土地，藻体富含叶绿素蛋白质碳水化合物油脂等，少木质素和纤维素。可以通过阳极产电微生物的作用对藻体进行水解和发酵，微藻在生长繁殖过程中也会分泌些可溶性有机物例如多糖等被产电微生物所利用，最终产生清洁电能，这为微藻的资源化利用提供了条新路径。微藻阳极底物利用方式又分为原位利用和异位利用。原位利用方式是将藻类作为底物直接加入阳极室进行利用。陈辉等在沉积型阳极区中投加未经脱水脱毒处理的蓝藻，与相同条件下葡萄糖为底物的相比，此输出电量有所上升，并获得了的最大输出功率密度。异位利用方式则是将微藻光生物反应器与进行耦联，藻液由光生物反应器中培养后再通入阳极室进行利用。等将进行微藻培养的光生物反应器与进行耦联产电，可持续产电，获得最大电流密度，最大功率密度但该系统库伦效率仅为，分析原因可能是微藻有机体复杂，不及小分子有机底物更易利用。最近等提出将蓝藻在光生物反应器中固定化培养，产生易于降解的代谢产物后再通入耦联的阳极室中供产电微生物利用，此方式可以提高的库伦效率。微藻生物阳极型微藻生物阳极型是在阳极室中利用微藻直接产电，或是协同产电微生物共同产电。现有研究报道证明微藻可以通过自身光合电子传递链或分解胞内碳水化合物例如糖原直接产生电子，也可以间接提供电子。间接提供电子方式又包括两种是微藻光合产氢，氢气再被氧化产生电子二是利用藻菌协同培养，微藻光合生长分泌可被细菌利用的有机物，细菌再利用有机物产生电子。微藻直接产电方式年间，课题组报道了系列利用阳极室培养蓝藻并产电的研究，第次证实微藻在光照培养时能产生电流，并且光响应迅速。于是推测电子不仅仅只能来自呼吸电子传递链或通过氧化产生，还可以通过光合电子传递链产生。研究还观察到当在阳极室进行微藻光暗间歇培养时，暗培养阶段的输出功率有所增加，藻细胞胞内碳储存糖原被氧化分解而在光培养阶段，藻体光合作用释放氧气限制了功率输出，胞内碳储存增加,。以上研究均在阳极室添加了电子介体羟基,萘醌，但近年来有报道指出蓝藻存在纳米导线，这表明了微藻直接电子传递的可能性。等利用单室接种含藻淡水，在未添加有机底物缓冲盐电子介体的条件下，仅依靠光合作用产生了聚苯胺修饰阳极电极藻型微生物燃料电池占为主导，而其中的微藻生物阴极型因可以同时实现污水处理零碳排放捕捉太阳能捕获及电能生物柴油藻体残渣等有价回收的多重效果，再度成为大研究热点。我们可以相信随着微藻技术和技术的蓬勃发展，微藻型尤其是微藻生物阴极型因其独特的环境友好型及可持续性优势实现工业化应用的进程指日可待。参考文献徐云涛能源发展与环境问题能源环境保护，页,陈辉沉积型微生物燃料电池的构建及产电特性研究江南大学,二〇年六月十四日星期二,,,何辉,冯雅丽,李浩然,李顶杰利用小球藻构建微生物燃料电池过程工程学报−−,−−−,−,,叶晔捷，宋天顺等，微生物燃料电池产电的影响因素，过程工程学报宋娟，赵华章等，微生物燃料电池阳极修饰的研究进展，化学与生物工程黄霞，范志明等，微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响，中国给水排水二〇年六月十四日星期二二〇年六月十四日星期二毕业设计论文题目新型小球藻生物阴极型的基础特性研究学院生物与制药工程学院专业生物技术新型小球藻生物阴极型的基础特性研究摘要随着全世界范围内能源紧缺和环境污染问题的加剧，研发新的环境友好处理工艺从有机废水中回收有价能源已经成为环境工程领域个重要的方向。能源微藻生物阴极型微生物燃料电池因可同时实现污染治理零碳排放电能产生捕捉生物柴油及藻体残渣等有价回收的多重功效，具有广阔的应用前景。本文利用自行创新设计的阴极利于小球藻生长的反应器作为实验模型，首先以正常阴极液对其进行启动运行，待阳极产电菌富集成熟，电池产电稳定以后分别考察了阴极正常运行期阴极加藻期阴极换载铂电极期阴极持续光照期这四个不同周期运行条件下该的产电情况阴极小球藻的生长情况阴极溶氧情况及阳极人工废水的处理情况。试验结果表明阴极投加小球藻后的产电水平阴极溶氧水平阳极人工废水的处理率都有了明显的提高，最终在阴极持续光照期得到最大输出电压为，是阴极正常运行期的倍，最大输出功率密度为，是正常运行期的倍，内阻为为，是正常运行期的倍，阴极溶氧的平均水平较稳定，大约为，而阴极正常运行期时溶氧由初始直降到，阳极人工废水处理后的处理率为。同时将小球藻放至的阴极室进行培养并不会对其造成毒害，小球藻生长情况良好。关键词小球藻，微生物燃料电池，生物阴极，输出电压二〇年六月十四日星期二,目录第章文献综述能源发展与环境问题微生物燃料电池微生物燃料电池的工作原理微藻型微生物燃料电池微藻阳极底物型微藻生物阳极型微藻生物阴极型微生物燃料电池的应用前景本课题研究内容，目的及意义本课题研究目的及意义本课题的主要研究内容第二章实验材料与方法实验材料主要试剂及仪器实验装置实验方法的接种及启动运行运行条件测定指标及方法实验材料处理方法实验内容第三章结果与讨论各周期输出电压的情况各周期阴极藻的生长情况各周期阳极人工废水的处理情况二〇年六月十四日星期二各周期阴极溶氧的变化情况第四章结论与展望结论展望参考文献二〇年六月十四日星期二第章文献综述能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。世纪年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界能源危机问题。世界能源危机是人为造成的能源短缺。联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是个全球性问题。社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。目前国际社会关注的全球性环境问题主要包括臭氧层破坏温室效应和气候变暖大气污染和酸雨生物多样性减少放射性物质污染海洋污染和海洋生态系统的破坏等，尤其是全球气候变化酸雨和大气污染海洋污染和海洋生态系统的破坏等重大环境问题，日益受到世界各国的普遍关注。而这些问题的产生，均与能源的开采加工或利用有着密切的关系。随着经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。因此，世界各国在能源的战略和政策上更加强调能源与环境的关系，更加注意环境保护的重要性。微生物燃料电池微生物燃料电池是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物氧化产生电能的装置，它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质转化为电能。将微生物燃料电池应用到废水处理领域，在处理有机废水的同时获得电能，是缓解当前能源危机和解决环境问题的有效途径，也是环境能源领域的热点研究课题之。微生物燃料电池的工作原理微生物燃料电池利用微生物作为反应主体，利用微生物的代谢产物作为物理电极的活性物质，引起物理电极的电位偏移，增加了电位差，从而获得电能，即将燃料的化学能直接转变为电能。以有质子交换膜的双室微生物燃料电池为例如图，它的工作原理,是在阳极区，微生物将有机底物氧化，这个过程要伴随电子和质子的释放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电子通过导线转移到阴极区，释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区在阴极区，电子质子和氧气反应生成水。随着阳极区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。以葡萄糖为例，其反应式如下图的结构及原理示意图阳极反应阴极反应微藻型微生物燃料电池微藻与技术分别因其高关注度均发展很快，但将两项技术进行结合即微藻型开展相关研究的报道还比较少。早在年，等就开展了微藻型的研究。他们以红螺菌属于阳极室厌氧光照培养，同时将蓝藻附着于多孔铂电极上于阴极室光照培养构建，获得的最大开路电压以及的短路