炭化木作为微生物燃料电池阳极处理造纸废水的特性

摘要

微生物燃料电池（MFC）是一种利用电活性微生物将有机物转化为电能的绿色、可持续生物电化学系统。然而，传统MFC阳极材料造价较高，MFC输出功率低等问题限制了MFC的应用和发展。以椴木为原料，通过一步炭化法制备出高性能炭化木（CW）阳极材料，旨在降低MFC的内阻，提升输出功率来优化其整体电化学性能，并探究了MFC在造纸废水处理中的应用。此外，还分析了炭化木阳极的微观形貌和结构特征对MFC电化学性能的影响。与传统商业碳布（CC）阳极相比，CW阳极继承了原木丰富的孔隙结构，具有较大的比表面积。在外接1 000Ω负载条件下，CW阳极MFC的峰值输出电压为350 mV,是传统CC阳极MFC输出电压（70 mV）的5倍。此外，其输出功率最高可达169 mW/m²,约为CC最大输出功率（8.70 mW/m²）的19.43倍。在处理造纸废水时，CW阳极MFC的化学需氧量（COD）去除率达到了62%,而以CC为阳极时，其COD去除率仅为45%。CW阳极MFC的库伦效率为6.23%,是CC阳极MFC库伦效率（2.24%）的2.78倍，表明CW阳极MFC能够更有效地降解污水中的有机物并将其转化为绿色生物电能。采用椴木制备的炭化木阳极成本低，具备出色的电化学性能，并在处理造纸废水领域展现出优异的应用潜力。

关键词

炭化木阳极 / 微生物燃料电池 / 微生物产电 / 造纸废水处理