文 献 综 述

一、研究背景

煤炭、石油、天然气，是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高，需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的，数量虽大，但毕竟有限。人们终将面临能源危机的一天。因此，开发和利用可再生能源已经成为世界能源可持续发展战略重要组成部分。当然，人们可以从许多方面获取能源。例如太阳能就是一个巨大的能源。此外像地热、水力、原子核裂变都可以放出大量的热能。在这方面，微生物也不甘落后。试验研究表明，利用生物发电，向人们展示出了美好的前景。微生物燃料电池(MFC)是一个新生事物，MFC在处理废水的同时能够利用微生物进行发电,是一种具有良好前景的环境污染控制与清洁能源生产的新技术，它的出现是对传统有机废水处理技术和观念的重大革新，目前正在引起世界范围内的广泛关注，日渐成为环境科学与工程和电化学及生物工程领域一个新的研究热点。尤其是在能源供需矛盾日益突出，环境污染日益严重的今天，MFC更显示出其它技术无法比拟的优越性。

1911年，英国植物学家Potter用酵母和大肠杆菌进行试验，首次发现利用微生物可以产生电流，拉开了微生物燃料电池研究的序幕。40多年后，美国空间科学带动了生物燃料电池的发展，使得生物燃料电池的研究有了长足的发展。进入80年代后，对于微生物燃料电池又开始活跃起来了，采用氧化还原介体的微生物燃料电池的研究全面展开。1985年lovley等人从波托马克河底沉积物种分离出的Geobacter metallireducens是一种能够在没有外加介体的条件下可以把电子从底物转移到阳极板上的微生物。2002，bond发现特殊微生物地杆菌。2006，美国bruce教授、byung(韩国）和比利时willy教授在MFC上做了大量研究。

二、微生物燃料电池简介

(1)原理和结构

MFC可以利用各种有机物、微生物呼吸的代谢产物、发酵产物、污水等作为燃料，通过微生物作用进行能量转换，把代谢产生的电子传输到细胞表面上，然后电子从细胞表面通过电子传递中介体(由人工添加或微生物自身代谢产生)或直接接触转移到电池极经外电路，阳极上的电子到达阴极，产生外电流；同时将产生的质子通过质子交换膜(PEM)传递到阴极室，在阴极与电子、氧气反应生成水，实现电池内电荷的传递，从而完成整个生物电化学过程和能量转化过程。其阳极和阴极的反应如下：