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微生物電解池的工作原理

閱讀:599      發布時間:2024-12-16
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  微生物電解池是一種利用微生物的代謝活性產生電能,并在外加電源的輔助下于陰極產生氫氣等清潔能源的裝置,主要由池體、陽極、陰極、外電路及電源組成。陽極上通常覆蓋有一層由產電微生物形成的生物膜,這些微生物以污水中的有機物為“食物”,通過代謝過程將有機物氧化分解。
 
  微生物電解池的工作原理主要包括以下幾個關鍵過程:
 
  微生物代謝產電子:在陽極室中,產電微生物通過代謝有機物產生電子,并將這些電子從細胞內轉移到細胞外的陽極上。常見的產電微生物有地桿菌屬(Geobacter)、希瓦氏菌屬(Shewanella)等。
 
  電子傳遞到陽極:微生物釋放的電子通過陽極材料(如碳布、碳棒等)傳遞到外電路,形成從微生物到陽極再到外電路的電子流動路徑。
 
  質子傳遞:在陽極微生物代謝有機物的同時,會產生氫離子(質子)。這些質子會通過質子交換膜或直接通過電解質溶液遷移到陰極室。質子交換膜是一種只允許質子通過的半透膜,它有效地將陽極室和陰極室隔開,同時保證質子的傳遞。
 
  電子與質子結合產氫氣:在外電路中,電子在電源提供的電勢差作用下從陽極流向陰極。當電子到達陰極后,與從陽極室遷移過來的質子結合,在合適的催化劑作用下發生還原反應,生成氫氣。如果反應條件和微生物群落適宜,也可能產生甲烷等其他產物。

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