2622離子交換

『壹』 微生物燃料電池研究中有哪些問題尚未解決

主要問題是成本和功率密度。

1 引言 微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells，MFCs)，是一種以微生物為陽極催化劑，將有機物中的化學能直接轉化為電能的裝置。1911年，英國植物學家Potter便發現細菌培養液可產生電流，這是關於微生物燃料電池的最早報道。近年來，MFC技術因其諸多優點及應用范圍的擴大，引起了世界各國研究者的高度關注。
毋庸置疑，微生物燃料電池(Microbial fuel cells，MFCs)是一種新興的高效的生物質能利用方式，它利用細菌分解生物質產生生物電能，具有無污染、能量轉化效率高、適用范圍廣泛等優點。因此MFCs逐漸成為現今社會的研究熱點之一。
2 微生物燃料電池的工作原理
圖1是典型的雙室結構MFcs工作原理示意圖，系統主要由陽極、陰極和將陰陽極分開的質子交換膜構成。陽極室中的產電菌催化氧化有機物，使其直接生成質子、電子和代謝產物，氧化過程中產生的電子通過載體傳送到電極表面。根據微生物的性質，電子傳送的載體可以為外源、與呼吸鏈有關的NADH和色素分子以及微生物代謝的還原性物質。陽極產生的H+透過質子交換膜擴散到陰極，而陽極產生的電子流經外電路循環到達電池的陰極．電子在流過外電阻時輸出電能。電子在陰極催化劑作用下。與陰極室中的電子接受體結合，並發生還原反應。

圖1 微生物燃料電池工作原理示意圖
下面以典型的葡萄糖為底物的反應為例說明MFCs的工作原理，反應中氧氣為電子受體，反應完成後葡萄糖完全被氧化。
陽極反應：
?_CHO?6HO?CO?24H?24e612622
陰極反應：
?_6O2?24H?24e?12H2O
總反應：
C6H12O6?6O2?6CO2?6H2O

3 微生物燃料電池的應用現狀
迄今為止，MFCs的性能遠低於理想狀態。制約MFCs性能的因素包括動力學因素、內阻因素和傳遞因素等。動力學制約的主要表現為活化電勢較高，致使在陽極或者陰極上的表面反應速率較低，難以獲得較高的輸出功率。內電阻具有提高電池的輸出功率的作用，主要取決於電極間電解液的阻力和質子交換膜的阻力。縮短電極間距、增加離子濃度均可降低內阻。不用質子交換膜也可以大大降低MFCs的內阻，這時得到的最大功率密度有質子交換膜的5倍，但必須注意氧氣擴散的問題。另一個重要制約因素為電子傳遞過程中的反應物到微生物活性位間的傳質阻力和陰極區電子最終受體的擴散速率。最終電子受體採用鐵氰酸鹽或陰極介體使用鐵氰化物均可以獲得更大的輸出功率和電流。另外，微生物對底物的親和力、微生物的最大生長率、生物量負荷、反應器攪拌情況、操作溫度和酸鹼度均對微生物燃料電池內的物質傳遞有影響。
當前針對微生物燃料電池主要研究其產電性能，同時由於其特殊的結構與原理，MFCs還有許多潛在應用領域，主要包括廢水處理、電助產氫、感測器三方面。
3.1 廢水處理
近年來，微生物燃料電池被嘗試用來處理富含生物可降解有機物的廢水，在廢水降解的同時產電。表3.1列舉了目前MFCs用於廢水處理的現狀。

微生物燃料電池用於污水處理的例子

此外，微生物燃料電池處理廢水具有諸多優點，還可與傳統厭氧、好氧工藝相結合，達到更好的處理效果。

3.2 電助產氫
微生物燃料電池由於輸出效率低，難以直接應用，而MFC電助產氫技術是較有前途的一種方式。其工作原理為：無氧條件下，對雙室MFC陰極施加一個遠小於水分解電壓的小電壓，可促進轉移到陰極的電子和質子結合生成氫氣，達到利用MFC系統產氫的目的。
微生物燃料電池電助產氫反應器的優點是陰極省略了MFC常用的電子受體——氫氣，可避免因氧氣通過質子交換膜向陽極擴散而影響反應器運行；同時該工藝產生的氫氣純度較高，可積累、儲存及運輸，推動了MFC技術的實際應用。
3.3 生物感測器
根據MFCs的工作原理，在一定濃度范圍內，MFCs的電流(或電壓)輸出與陽極的基質濃度有線性關系，因此可開發基於MFCs的感測器，最典型的是BOD5快速檢測。Lorenzo等以人工廢水為燃料構建型BOD5感測器，該感測器輸出功率與BOD5濃度有良好的線性關系，且有非常高的重復性和穩定性，可連續運行7個月。
除了作為BOD5感測器外，有研究者嘗試利用MFC型的感測器通過對UAFB中發
酵液pH和沼氣流速進行實時監測，實現對厭氧硝化過程動態變化的監測。還有研究者通過在MFCs的質子交換膜兩側添加2片微硅板作電流收集器，由電流變化來反映基質中的有毒化合物。這些研究都有助於擴大MFCs技術的應用領域。
4 微生物燃料電池技術發展前景
MFCs技術正在不斷成長並且已經在許多方面取得了重大突破。但是，由於其功率偏低，該技術還沒有實現真正的大規模實際應用。基於其產電性能的制約因素，今後的研究方向主要可歸納為以下幾點。
(1)深入研究並完善MFCs的產電理論。MFCs產電理論研究處於起步階段，電池輸出功率較低，嚴重製約了MFCs的實際應用。MFCs中產電微生物的生長代謝過程，產電呼吸代謝過程以及利用陽極作為電子受體的本質是今後的研究重點。
(2)篩選與培育高活性微生物。目前大多數微生物燃料電池所用微生物品種單一。要達到實際應用的目的，需要尋找自身可產生氧化還原介體的高活性微生物和具有膜結合電子傳遞化合物質的微生物。今後的研究應致力於發現和選擇這種高活性微生。
(3)優化反應器的結構；5建議；微生物燃料電池潛在的優點使研究者對其發展前景十分；(1)加強MFCs的機理研究，通過分析陽極微生物；(2)通過優化MFCs的結構、材料和運行方式等，；MFCs作為一種可再生的清潔能源技術正在迅速興起；力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多；7參考文獻；[1]姜秀華.微生物電池技術研究[D].科技資訊；[2]張靜，張寶

(3)優化反應器的結構。研究與開發單室結構和多級串聯微生物燃料電池，利用微生物固定化技術、貴金屬修飾技術等改善電極的結構和性能。選擇吸附性能好、導電性好的材料作為陽極，選擇吸氧電位高且易於撲捉質子的材料作為陰極。

5 建議
微生物燃料電池潛在的優點使研究者對其發展前景十分看好，但由於輸出功率較低，限制了在生產生活中的應用。因此，建議研究者主要從以下三方面對MFCs做進一步研究：
(1)加強MFCs的機理研究，通過分析陽極微生物確定電子產生和傳遞機理，實現對高效產電微生物的篩選和改造。
(2)通過優化MFCs的結構、材料和運行方式等，提高電子傳質速率，降低電壓損失，提高MFCs產電性能。嘗試MFCs的工程放大，實現實際應用。 6 結語
MFCs作為一種可再生的清潔能源技術正在迅速興起，並已逐步顯現出它獨有的社會價值和市場潛力。隨著研究的不斷深入以及生物電化學的不斷進步，MFCs必將得到不斷地推廣和應用。與微生物燃料電池相比，燃料電池目前使用存在著成本仍偏高, 利用率不太高的缺點，所以微生物電池有著廣闊的應用前景。與現有的其它利用有機物產能的技術相比，微生物燃料電池具有操作上和功能上的優勢：首先，它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率；其次，不同於現有的所有生物能處理，微生物燃料電池在常溫環境條件下能夠有效運作；第三，微生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量；第四，微生物燃料電池不需要輸入較大能量，因為若是單室微生物燃料電池僅需通風就可以被動的補充陰極氣體；第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區，微生物燃料電池具有廣泛應用的潛
力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。研究微生物電池是一件造福人類的偉大舉措，我們應該投入更多的人力和物力。

『貳』 餘杭縣的科教文衛

?民國時期，縣內建有各類農業技術推廣和科研機構8處。工業科研機構始建於1961年。1985年，縣設有科學技術委員會、科學技術協會，並建有農業科學研究所、林業技術推廣站、農業技術推廣中心、枇杷科學研究所等4個農業專業研究機構及化工裝備研究所、紡織機械研究所、離子交換樹脂研究所、製冷機研究所、儀器儀表研究所等5個工業專業研究機構。縣科協下設35個縣級學(協)會，有會員1878人。逐步形成縣、區、鄉(鎮)、村四級農業技術推廣網路。
1949年，全縣有各類科技人員42人。1985年全縣取得各類職稱的科技人員有1404人。 ?宋景德三年(1006年)始建餘杭縣學，崇寧間建書院。清光緒十六年(1890年)杭縣塘棲建棲溪講舍。三十一年，餘杭縣龜山書院改為高等小學堂，為縣內最早的新學。至三十三年，縣境內已有初、高等小學堂21所，學生682人。民國時期，縣境內仍以初等教育為主。至1949年解放前夕，僅有簡易師范學校2所，學生180人；中心國民學校66所，保國民學校281所，學生24，229人，教員888人。學齡兒童入學率，餘杭縣32.8%，杭縣28.3%。
解放後，餘杭以普及小學教育作為基礎，發展中等專業教育和高等教育。1984年全縣普及五年小學教育，學齡兒童入學率98.46%。1983年起，在良渚、喬司兩地中學開設職業技術教育。後又設立電大、函大、刊大、自學考試等成人高等教育。
1985年全縣有幼兒園24所，508班，在園幼兒1347人；各類小學510所，1617班，在校學生52，304人；中學61所，其中：完全中學11所，96班，在校學生4917人；初中50所，531班，在校學生27，945人。臨平中學為省重點中學。另在11所中學附設22個職業班，開設21個專業，在校學生967人。有成人中等學校36所，58班，在校學生1217人；成人技術培訓學校19所，29班，在校學生1039人；成人初等學校8所，9班，在校學生125人；電大分校1所，18班，在校學生1524人。已有7個鄉鎮建立成人教育中心。
1978～1985年，全縣向高等院校輸送新生1089人，向中等專業學校輸送新生2622人。
1984年，全縣12～40周歲少青壯年的非文盲率88.56%，達到基本無盲縣的標准。 越劇
餘杭素稱文物之邦，是燦爛的良渚文化的發祥地，歷來人文薈萃，名家輩出。但進入民國後，尤其是抗日戰爭後，文化事業發展緩慢。1949年解放前夕，縣內僅有餘杭、杭縣民眾教育館兩家群眾文化機構，及一些說唱藝人自行組織的社團。
中華人民共和國成立後，在黨和政府重視下，各項文化活動普遍開展。1985年4月，餘杭縣文學藝術工作者聯合會建立，下設10個協會，有會員229人。年底，全縣有文化館1個，文化站55個。
1954年杭縣組建縣越劇團，1958年改稱東風越劇團；餘杭縣越劇團建於1955年。1965年，改組為縣越劇一、二團，1966年合並，1978年定名為餘杭縣越劇團。1980～1985年演出1085場次，觀眾60.03萬人次。1980年演出古裝劇《追魚》，省電視台作了轉播。?
1962年縣曲藝協會成立，設評話和說唱2組。1978年成立餘杭縣曲藝隊，有隊員20餘人。杭縣藝人創作的傳統評話《武松》改寫成《武松演義》，由浙江人民出版社出版，累計印刷119萬余冊。
杭縣、餘杭縣分別於1951年、1952年建成電影隊。至1985年，全縣有電影放映單位100個，電影院21個。
1950年兩縣文化館建立，內設圖書室。1951年，新華書店餘杭支店成立。1985年有圖書館1個，藏書82，974冊，其中古籍1276部，13，413冊，年圖書流通55，275冊次，接待讀者33，431人次。有區圖書館4個，鄉村圖書室468個，圖書流通站50個，藏書43，733冊。縣新華書店5個門市部，1985年銷售圖書368.87萬冊。?1956年建縣檔案室，1961年建縣檔案館，1984年新建檔案館舍1730平方米。1985年，館藏資料69個全宗，24,829卷。 ?1950年8月，杭縣建立收音站，為縣內廣播事業之始。餘杭縣於1953年設立城鎮廣播站。兩縣有線廣播站建於1955年，開始播送自辦節目。1985年全縣有廣播站56個，安裝有線廣播喇叭12.83萬只。?
1960年11月，縣廣播站購進縣內第一台電視機，1982年9月，百丈公社石竹園大隊自籌資金，在孫家舍建立0.5瓦小功率的電視差轉台，為縣內第一座農民集資建造的電視差轉台。.1985年2月，籌建餘杭電視台，7月1日正式開播，使用DS—38頻道，在臨平山建造200多平方米機房，架設40米高的發射鐵塔，發射功率為50瓦，電視覆蓋率60%。至年底，全縣建有電視差轉台8座。 ?餘杭自古名醫輩出，醫葯事業源遠流長。晚清以後，縣境內中醫師授祖傳相襲成風，名醫迭有所見，較著名的有永泰錢家兜姚氏內科、龍光橋黃氏眼科、七賢橋田氏婦科、土山壩傅氏喉科等，都為私人診所。民國31年(1942年)，始設衛生院。1949年解放時，有衛生院2所、區衛生所3所。?解放後，餘杭的衛生事業有了發展。至1985年，有綜合性醫院、專科醫院7所，區衛生所5所，衛生防疫站、婦幼保健站、葯品檢驗所、精神病防治站、衛生進修學校各1所，鄉鎮衛生院49所，村衛生室546所，廠礦、農場、學校衛生醫務室77個，逐步建成縣、區、鄉三級醫療保健網。床位從1949年的30張增加到1397張，每千人口1.69張，衛生技術人員從1949年的26人增加到1694人，其中主治、主管醫師39人。?
醫療設備逐年增加，醫療技術逐步發展，使醫療保健事業取得了一定的社會效益。50年代初就消滅了霍亂、天花。急性傳染病年發病率由50年代的222.8/10萬，下降到80年代的114.6/10萬，病死率下降85.2%。白喉、斑疹傷寒、回歸熱、炭疽已先後控制和消滅。到1985年，32個鄉鎮消滅血吸蟲病，占流行鄉鎮的67.4%。同年，絲蟲病達到國家規定的基本消滅的標准；麻風病也達到浙江省規定的控制標准。新法接生工作，經浙江省驗收為第一批新法接生合格縣。全縣人民的平均期望壽命達到70.82歲。 在餘杭縣西南，山因大滌洞前的洞霄宮出名。洞霄宮為中國道教「第三十六洞天」之一，歷漢 唐至宋，久盛不衰。此間山連山，洞連洞，大滌山和洞霄宮實為一個整體。唐白元鑒有《大滌山》詩：「天坮絕頂山，彷彿翠微間。跡久苔紋碎，雲深古木閑。」宋林逋《宿洞霄宮》詩：「大滌山相向，華陽路暗通。風霜唐碣朽，草木漢祠空。」元薩都剌《游洞霄宮》詩：「九鎖山峰面面峰，層巒矗立碧霄中。煙去萬壑時含雨，溪澗雙流自吼風。」這里古跡名勝較多，洞霄宮內的「撫掌泉」和一些宋明清時期題字殘碑，還依稀可辨。