。164 北京科技大学学报 2007年增刊2 本实验只对Fe升在阴极中的作用作了初步探 高，电池的负载电压呈现一定的上升趋势，当浓度高 索，对其含量的最佳比例有待进一步研究.但并非 于0.72g°L时负载电压不再增大，说明底物对电 含量越多电压就越高.阴极面积为25cm2,载体的 池的电压有个饱和浓度值)，在此条件下，以葡萄 量不宜过多.若硫酸铁含量过高，电极制作较困难， 糖为底物的饱和浓度为072gL1. 易出现裂缝，也影响阴极电极的导电特性 0.50 0.45 0.18gL1葡萄糖 o-0.72gL-1葡萄糖 2.2不同底物对电池输出电压的影响 0.40 一0.36gL-4葡萄糖 ←0.90gL葡萄糖 ▲一0.54gL1葡萄糖 选取两种短碳链有机化合物葡萄糖和醋酸钠为 0.35 0.30 底物，考察不同底物对电池产电的影响.负载电压 0.25 如图3所示. 0.20 0.15 0.40 0.10 035 。一葡萄糖 0.05 0.30 。一醋酸钠 0 -0.05 0.25 -1000 2000 5000 800011000 0.20 时间min 0.15 0.10 图4不同底物（葡萄糖）浓度的输出电压情况 0.05 0以 2.4阳极面积对电池输出电压的影响 0.05 0100020003000400050006000 当底物（葡萄糖）浓度为0.18gL时，在电池 时间min 的阳极室中分别接入不同数量的阳极电极板，每块 阳极电极的面积为25cm2,而阴极只是一块面积为 图3底物为葡萄糖和醋酸钠输出电压的情况 25cm2的阴极电极板，电池负载的电压如图5所示. 从图3可以看出，在其它操作条件相同的情况 0.40 ★一2块阳极 下，葡萄糖为底物的电池产电量比醋酸钠高。以葡 0.36 0.32 ?一3块阳极 ◆一4块阳极 萄糖和醋酸钠为底物的微生物燃料电池，其阳极在 0.28 0一1块阳极 0.24 Rhodoferax ferrireducens催化作用下分别发生以下 反应： 8 0.12 C6H206+6H20Mioism 6C02+24H++ 0.08 0.04 24e, 0 金mmi品ww 0.04 CH3COO+2H20Miroogmi-C -500 1000 2500 4000 时间min 8e. 可见微生物Rhodoferax ferrireducens在阳极 图5不同的阳极板数产生的电压 室氧化两种有机物释放的电子和质子数不同，由阳 随着阳极板的数量增多，即阳极板面积的增大， 极室传到阴极电极板的质子和经外电路到达阴极板 电池的负载电压呈增大的趋势，当接入4块石墨阳 的电子的速度与氧气反应生成水的氧化还原效率不 极电极时，电池负载两端的电压最大，但电压并不是 同.在相同的条件下，以葡萄糖为底物产生的电子 按照阳极板的数量成倍增加.阳极块数量增加导致 和质子数多于醋酸钠，且电子和质子的传递速度及 电池负载电压的升高是由于阳极的比表面积增大， 两者在阴极板与氧气发生反应的效率都比醋酸钠 从而更多的微生物(Rhodoferax ferrireducens)吸附 高，相应的电压就高. 在阳极电极上传递电子10，但电池的负载（输出）电 2.3底物浓度对电池输出电压的影响 压不成倍数递增. 当Rhodoferax ferrireducens菌在阳极电极上 形成了成熟的生物膜后，在阳极室中接入3块有成 3结论 熟生物膜的电极，加入不同浓度的底物（葡萄糖）于 (1)在阴极板中添加Fe3+,通过铁离子在二价 电池阳极室，外电阻为510Ω的定值负载电阻，其电 和三价间循环转化，加速电子的传递速率，构建了单 池的负载电压随时间变化情况如图4所示. 室直接微生物燃料电池.在其它条件相同的情况 从图4可以看出，随着底物（葡萄糖）浓度的提 下，随着阴极电极板中F汁含量的增加，电池负载本实验只对 Fe 3+在阴极中的作用作了初步探 索, 对其含量的最佳比例有待进一步研究.但并非 含量越多电压就越高.阴极面积为 25 cm 2 , 载体的 量不宜过多 .若硫酸铁含量过高, 电极制作较困难, 易出现裂缝, 也影响阴极电极的导电特性. 2.2 不同底物对电池输出电压的影响 选取两种短碳链有机化合物葡萄糖和醋酸钠为 底物, 考察不同底物对电池产电的影响.负载电压 如图 3 所示. 图 3 底物为葡萄糖和醋酸钠输出电压的情况 从图 3 可以看出, 在其它操作条件相同的情况 下, 葡萄糖为底物的电池产电量比醋酸钠高.以葡 萄糖和醋酸钠为底物的微生物燃料电池, 其阳极在 Rhodoferax ferrireducens 催化作用下分别发生以下 反应 : C6H12O6 +6H2O Microorganism 6CO2 +24H + + 24e - , CH3COO - +2H2O Microorganism 2CO2 +7H + + 8e - . 可见微生物 Rhodoferax ferrireducens 在阳极 室氧化两种有机物释放的电子和质子数不同, 由阳 极室传到阴极电极板的质子和经外电路到达阴极板 的电子的速度与氧气反应生成水的氧化还原效率不 同.在相同的条件下, 以葡萄糖为底物产生的电子 和质子数多于醋酸钠, 且电子和质子的传递速度, 及 两者在阴极板与氧气发生反应的效率都比醋酸钠 高, 相应的电压就高 . 2.3 底物浓度对电池输出电压的影响 当 Rhodoferax ferrireducens 菌在阳极电极上 形成了成熟的生物膜后, 在阳极室中接入 3 块有成 熟生物膜的电极, 加入不同浓度的底物( 葡萄糖) 于 电池阳极室, 外电阻为 510 Ψ的定值负载电阻, 其电 池的负载电压随时间变化情况如图 4 所示. 从图 4 可以看出, 随着底物( 葡萄糖) 浓度的提 高, 电池的负载电压呈现一定的上升趋势, 当浓度高 于 0.72 g·L -1时负载电压不再增大, 说明底物对电 池的电压有个饱和浓度值[ 9] , 在此条件下, 以葡萄 糖为底物的饱和浓度为 0.72 g·L -1 . 图 4 不同底物( 葡萄糖) 浓度的输出电压情况 2.4 阳极面积对电池输出电压的影响 当底物( 葡萄糖) 浓度为 0.18 g·L -1时, 在电池 的阳极室中分别接入不同数量的阳极电极板, 每块 阳极电极的面积为 25 cm 2 , 而阴极只是一块面积为 25 cm 2 的阴极电极板, 电池负载的电压如图 5 所示. 图5 不同的阳极板数产生的电压 随着阳极板的数量增多, 即阳极板面积的增大, 电池的负载电压呈增大的趋势, 当接入 4 块石墨阳 极电极时, 电池负载两端的电压最大, 但电压并不是 按照阳极板的数量成倍增加 .阳极块数量增加导致 电池负载电压的升高是由于阳极的比表面积增大, 从而更多的微生物( Rhodoferax ferrireducens) 吸附 在阳极电极上传递电子[ 10] , 但电池的负载( 输出) 电 压不成倍数递增. 3 结论 ( 1) 在阴极板中添加 Fe 3 +, 通过铁离子在二价 和三价间循环转化, 加速电子的传递速率, 构建了单 室直接微生物燃料电池.在其它条件相同的情况 下, 随着阴极电极板中 Fe 3+含量的增加, 电池负载 · 164 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2