调控阴极生物膜促进微生物燃料电池产电的机制研究

微生物燃料电池（MFC）是一种集污水净化和产电为一体的新型污水处理与能源回收技术。生物阴极型微生物燃料电池能降低MFC的成本、扩展污水净化种类，成为MFC研究领域的重要方向之一。项目以提高阴极生物膜催化活性为目标，在具体解析阴极生物膜内催化还原反应过程（电子传导、电子受体传递和催化反应）的基础上，提出以阴极电势和膜面流速两种调控措施促进阴极生物膜催化还原反应，通过解析强化前后阴极生物膜主要特性参数，确定两种调控手段作用于生物膜的机制。本研究旨在增强生物阴极催化能力，从而提高生物阴极型微生物燃料电池产电，为生物阴极型微生物燃料电池的深入研究和应用奠定技术基础，具有重要的理论和实用价值。

课题以提高阴极生物膜催化活性为目标，通过电极电势调控促进电极生物膜催化还原反应。考察电势调控对阳极生物膜产电的影响，基于电极微生物获得最大能量角度提出生物量与电势的关系，同时考察电势对产电菌催化活性的影响；考察阴极生物膜性能与电势和电流的关系，确定电流是主要影响因素；提出利用电容充－放电模式和恒电势调控两种方式提升MFC稳定产电，考察MFC对污水净化的效果；基于电路分析和电路计算，明确电容充－放电模式对MFC系统作用机理，并对电路进行设计。