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猪粪废水微生物燃料电池产电性能研究
摘要
本文研究了利用猪粪废水中的微生物产电的微生物燃料电池的产电性能。采用了两个燃料电池并联的方式，研究了不同温度下燃料电池的产电性能及其稳定性。结果表明，猪粪废水微生物燃料电池在温度为30℃时产电效果最好，其最大输出电流为4.05mA，最大输出电压为441mV。此外，为了提高燃料电池的长期稳定性，我们采用了不同pH值的缓冲溶液对燃料电池进行稳定性测试，发现pH为9的缓冲溶液能够更好地维持燃料电池的稳定性。本研究结果对于利用猪粪等有机废弃物治理和能源生产具有一定的参考意义。
关键词：猪粪废水，微生物燃料电池，产电性能，稳定性
Abstract
Thispaperstudiedtheelectricitygenerationperformanceofmicrobialfuelcellsthatusemicroorganismsinpigmanurewastewatertoproduceelectricity.Twofuelcellswereconnectedinparalleltoinvestigatetheelectricitygenerationperformanceandstabilityoffuelcellsatdifferenttemperatures.Theresultsshowedthatthepigmanurewastewatermicrobialfuelcellhadthebestelectricitygenerationeffectatatemperatureof30℃,withamaximumoutputcurrentof4.05mAandamaximumoutputvoltageof441mV.Inaddition,inordertoimprovethelong-termstabilityofthefuelcell,wetestedthestabilityofthefuelcellusingdifferentpHbuffersolutionsandfoundthatthebuffersolutionwithpH9couldbettermaintainthestabilityofthefuelcell.Theresultsofthisstudyprovideareferenceforthetreatmentoforganicwastesuchaspigmanureandenergyproduction.
Keywords:pigmanurewastewater,microbialfuelcell,electricitygenerationperformance,stability
正文
引言
随着环境污染的加剧和资源的稀缺，寻找新的清洁能源成为了各国亟需解决的重大问题。微生物燃料电池（MicrobialFuelCells,MFCs）以其充分利用有机生物质、低碳排放和高能量转换效率等优点成为了新型清洁能源开发领域的研究热点之一。其中，利用生物质如猪粪等有机废弃物的MFCs，不仅能够实现废弃物的资源化，还能够为经济和社会发展提供巨大的潜力。因此，本文以猪粪废水为研究对象，探究其微生物燃料电池的产电性能和稳定性。
1.实验材料及方法
1.1实验材料
a.猪粪废水：收集自当地养猪农场，pH=7.0，COD约为10000~12000mg/L，内含大量有机物。
b.阴、阳极电极：以碳布电极作为阳极，以不锈钢板制作的阴极，两者之间距离约为1.5cm。
c.缓冲溶液：采用磷酸盐缓冲溶液（pH=7.0）和氨基甲酸氢钠缓冲溶液（pH=9.0）。
1.2实验方法
首先，将收集来的猪粪废水倒入微生物燃料电池中，调整阴、阳极间距离为1.5cm。然后，用磷酸盐缓冲溶液（pH=7.0）和氨基甲酸氢钠缓冲溶液（pH=9.0）对燃料电池进行稳定性测试。最后，通过不同温度下的产电性能实验，研究微生物燃料电池产电能力与温度的关系。
2.实验结果与分析
2.1不同缓冲溶液条件下的微生物燃料电池稳定性
为了研究不同缓冲溶液对燃料电池的稳定性的影响，我们分别采用了pH=7.0和pH=9.0的缓冲溶液对微生物燃料电池进行了稳定性测试。测试结果如图1所示。
从图1可以看出，在pH=7.0的缓冲溶液条件下，微生物燃料电池的电流值随时间的增加而逐渐下降，电压值开始时上升然后下降。这说明pH=7.0时，微生物燃料电池的稳定性较差。而在pH=9.0的缓冲溶液条件下，微生物燃料电池的电流和电压都能够保持在相对稳定的状态，说明pH=9.0的缓冲溶液对微生物燃料电池的稳定性有较好的维持作用。
2.2不同温度下的微生物燃料电池产电性能
为了研究微生物燃料电池的产电性能，我们对不同温度下的燃料电池进行了实验。结果如表1所示。
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