文 章 简 介
微生物燃料电池 （MFCs）是一种通过微生物催化将有机物中的化学能直接转化为电能的能源生产技术，成本低廉。在MFCs中，微生物氧化有机物的关键过程是将储存在有机物中的化学能转换为电子，然后将产生的电子转移到电极表面。然而目前阳极表面的产电微生物数量及胞外电子传递效率是MFCs的产电性能提升的瓶颈。因此，开发设计有利于产电微生物富集和优异导电性能的阳极材料对推动MFCs的实际应用具有关键意义。
纳米纤维支架因其较大的比表面积和孔隙率，可以为产电微生物提供更多的附着位点和空间，因而可能会输出更多的电荷。北京科技大学博士生刘远峰首先通过静电纺丝技术制备了取向性的碳纳米纤维包覆碳纳米管电极材料，然后利用抽滤技术将产电微生物抽滤到电极内部，与商业碳布相比，制备的包含微生物的纳米纤维支架显著提升了MFCs的产电性能。
图1 制备微生物/碳纳米纤维/碳纳米管阳极示意图。
文 章 要 点
将微生物/碳纳米纤维/碳纳米管阳极用作MFCs阳极，与商业碳布相比，将MFCs启动时间提高了82.2%，最大输出功率为1016 mW/m2，高于商业碳布阳极(341 mW/m2)，其较高的输出功率可以点亮LED灯及电子表，如图2所示。
图2 (a)电压输出随时间的变化;(b) 电流密度随时间变化;(c)功率密度曲线;(d、e)极化曲线及相关内阻;(f) COD去除率和库仑效率;(g)点亮LED灯及电子表。
MFCs性能测试结束后，观察了阳极表面的微生物形貌，可以看出，取向性的纳米纤维经过抽滤后其电极完全被微生物包覆，其较高的产电微生物含量提升了胞外电子传递效率，进而提升了MFCs的产电性能。
图3 非取向碳纳米纤维自然生长的生物膜(a)和抽滤后的生物膜(b和c) 的表面形貌;取向碳纳米纤维自然生长的生物膜(d)和抽滤后的生物膜(e和f);取向碳纳米纤维/碳纳米管自然生长的生物膜(j)和抽滤后的生物膜(h和i); 碳布表面的生物膜(j和k);(l)生物量含量。
总之，这项工作利用静电纺丝技术制备了碳纳米纤维/碳纳米管多孔支架，并将微生物抽滤到制备的多孔支架上，显著改善了MFCs的性能，该研究为利用静电纺丝技术开发高性能MFC阳极提供了有价值的视角。
第 一 作 者 简 介
刘远峰 北京科技大学博士生，师从李从举教授，从事微生物燃料电池技术的研究，目前以第一作者在SCI/EI检索期刊发表论文9篇，高被引论文1篇。
文 章 链 接
Y. F. Liu, Y. X. Sun, H. Y. Li, T. L. Ren, C. J. Li, Co-filtration of Bacteria/Electrospun Oriented Carbon Nanofibers Integrating with Carbon Nanotubes for Microbial Fuel Cell, J. Environ. Chem. Eng. 5 (2022) 107664.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107664
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