随着环境问题和能源危机的日益严重,微生物燃料电池作为一项新型的污水处理和能源回收技术引起了国内外广大研究者的关注,并对MFC的产电机理、产电微生物、电子传递机理、反应器结构、电极材料等进行了广泛的研究。有研究表明,影响MFC产电的主要因素有:产电微生物、外阻、基质种类和浓度、溶液的pH、温度、缓冲溶液等。为了更好地研究阳极,微生物燃料电池的阴极大多采用非生物阴极,如在阴极添加Pt作为氧气还原的催化剂以及采用过渡金属(Fe或者Co)化合物、铁氰化钾溶液等[2]。

图1.1 微生物燃料电池工作原理图

微生物燃料电池是一种生物电化学装置。其工作原理是利用微生物（产电菌）的催化作用，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能，如图1.1所示。电池的阳极室处于厌氧环境，阴极室处于好氧环境，两个电极室由质子交换膜分隔[3]。附着在电池阳极的微生物氧化有机物质（电子供体），放出质子和电子；其中，电子通过外电路传递至阴极，质子通过质子交换膜传递至阴极；电池阴极的电子受体（如O2）接受电子发生还原反应，完成整个产电过程。

衡量微生物燃料电池产电性能的主要指标为：电压（mV）、电流密度（mA/m2）、功率密度、库仑效率等。

功率密度分为两种：基于阳极表面积的面积功率密度（mW/m2），以及基于阳极室容积的体积功率密度（mW/m3），前者较为常用。

库仑效率也称为电子回收率，是实际产生的电量与基质（电子供体）能提供的电量之比。库仑效率是反映电池综合产电性能的重要指标。

1.2 MFC的研究现状

1.2.1 阳极、阴极及膜

1.2.2 MFC中的产电微生物

1.2.3 MFC中的基质（电子供体）

1.3 MFC运行环境因子

微生物燃料电池运行的物化条件，如COD浓度、温度、pH、离子强度、运行模式等，都会对电池的产电性能产生重要的影响。

进水浓度升高时，阳极生物量减少，COD去除率降低，功率密度提高；外电阻降低，阳极室微生物产电能力增强[36]。石墨颗粒阳极、管式空气阴极MFC，其产电与初始COD含量关系呈指数饱和模型；在较低COD浓度下，电极液循环对产电有较大促进作用。对分批操作的单室MFC中离子强度、电极和温度的影响研究表明，离子强度由100 mM增加至400 mM（加入NaCl），功率由720 mW/m2增至1330 mW/m2；电极间距由4 cm减小为2 cm，功率增至1210 mW/m2。温度由32℃降至20℃，功率仅减小了9％[37]。30℃和22℃条件下，最大功率密度分别为70 mW/m2 和43 mW/m2，15℃时，MFC不能正常工作；加入磷酸盐缓冲液后的功率密度约为之前的4倍[38]。以生活污水接种，以醋酸钠为基质，构建的无介体、无膜单室MFC，随着电池温度的升高，微生物活性快速上升，但温度突变到50℃后，微生物活性明显降低[39]。Jadhav 等的研究表明pH为6.5时，电流最大，库仑效率4％。Mohan等的研究表明，酸性条件下系统内阻较小，产电量大，但中性条件下基质降解更为有效[40]；Raghavulu 等的研究结果为pH为6时，产电最为理想[41]；He等的研究中，pH 8到10为最适条件[42]；Erable等的研究表明，当阴极室pH为1.0时，可以获得5 W/m2的高产电量。文献综述

MFC在分批或连续模式下运行，不仅会影响存在的微生物，还会影响电子转移到阳极的机制[43]。Moon等使用人工模拟废水进行连续产电实验。在基质浓度300 mg/l ，添加流率0.53 ml/min，外阻35Ω条件下，达到最大功率密度0.56 W/m2（102 mW/l），为以往的60多倍。Liu等研究了分批进料的两室微生物燃料电池中生物因子（阳极接种菌种、接种量）和非生物因子（阴极电子受体、质子交换材料）对产电的影响，提出非生物因子比生物因子对产电的影响更大[44]。