《表1 不同电极材料对CW-MFC系统废水处理和生物发电性能的影响[35]》

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《人工湿地-微生物燃料电池系统的发展及展望》

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与传统原电池不同，CW-MFC的电极材料除了要考虑高导电性外，还需具有良好的吸附性以及高比表面积供微生物生长，因此比表面积大且导电性较好的碳和石墨成为制作CW-MFC系统电极的首选材料，和镍、不锈钢、铝和铜等材料相比，碳和石墨的价格较低廉。Wang等[35]研究了分别以碳纤维毡（carbon fiber felt，CFF）、不锈钢网（stainless steel mesh，SSM）、石墨棒（graphite rod，GR）及泡沫镍（foamed nickel，FN）这4种材料作为电极的CW-MFC系统的性能，发现用CFF和GR作电极的系统中电化学活性菌的相对丰度最大且COD去除率最高，具体性能情况见表1。但和钛（42μΩ/cm）相比，石墨的电阻率相对较高（1375μΩ/cm），当扩大系统规模时，电极的比表面积增加，使得电子流经的路径长度增加，进而导致系统的内阻增大，而系统内阻的提高直接影响系统的性能，这又成为大规模工程应用中的主要问题[31，36-37]。因此对电极进行改良可以有效降低内阻，提高系统产电性能。目前最常用的方法是在活性炭颗粒或石墨颗粒中埋入不锈钢网以增强电子传递[38-39]。Yang等[40]将MnO2镀在碳毡电极上，使系统最大输出功率由80mW/m2提升到102mW/m2，最大输出电压由760mV提升到990mV；同时明显提高了污染物的去除率。Wang等[41]采用纳米零价铁（nano zero valent iron，nZVI）对泡沫镍和碳纤维毡电极进行改性，使用改性的泡沫镍和炭纤维毡作为电极的系统平均输出电压分别为（330±36）mV、（425±37）mV，而使用未改性的泡沫镍和炭纤维毡作为电极的系统平均输出电压分别为（313±28）mV、（376±34）mV；使用改性的泡沫镍和炭纤维毡作为电极的系统对芳香烃、COD及氮的去除率均高于使用未改性的泡沫镍和炭纤维毡作为电极的系统；经过微生物多样性检测，发现使用改性电极的系统中有丰富的芽孢杆菌（Bacillus）、巴式杆菌（Paludibacter）、脱硫杆菌（Desulfovibrio）及乳球菌（Lactococcus），这些细菌均能提高系统对污染物的去除能力和产电性能。今后，可以将复合材料电极的研发作为一种研究方向。