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改性生物质活性炭空气阴极MDC性能及微生物分析
概述
Microbialfuelcells(MFCs)是一种可实现废水处理和生物电化学能量产生的新型技术。近年来，MFCs已经成为很多研究领域的关注。其中的MicrobialDesalinationCell(MDC)使用改性生物质活性炭空气阴极作为匀质接口，可以将海水和淡水之间的盐度差转化为能量，同时有效降低盐度，并在处理水的同时产生电能。本文将探讨MDC的性能及其微生物分析，尤其着重于改性生物质活性炭的使用。
改性生物质活性炭的制备及特性
改性生物质活性炭是一种粒径较小、多孔材料，可以去除水中有机颜料、化学添加剂以及营养物质等有害物质。活性炭是通过对一定温度下的木材、椰壳、石炭、果壳等生物质材料进行热解生成，制成的一种多孔结构、大比表面积高、具有吸附能力的碳材料。而改性活性炭则是在活性炭的表面进行特定化学反应，利用其高比表面积及基本的有机结构与其他化合物之间的吸附关系而制成。一般来说改性活性炭的润湿性比活性炭较好，也更容易吸附某些有机杂质。
改性生物质活性炭的优势在于其成本低，生产易于扩展，且可使用可再生原料，相较于其他空气阴极具有更高的解决方案。同时，改性活性炭在空气阴极中有较强的化学活性，可提供足够多的活性位点吸附氧气，并以此为电化学反应，从而提高MDC的电化学性能。
改性生物质活性炭空气阴极的性能
改性生物质活性炭空气阴极被广泛应用于MFC以及MDC领域，并表现出了良好的性能。研究表明，采用改性生物质活性炭空气阴极的MDC具有较高的电化学性能、抗污染性和抗腐蚀性能。同时，其在降低盐度和提高去除率方面也表现出了显著的效果。
电化学性能方面，改性生物质活性炭空气阴极中的氧气反应速度比传统石墨阴极更快，因此可提供更高的电子传递效率，从而提高氧还原反应的电能输出。此外，改性生物质活性炭空气阴极与生物膜之间的接触面积更大，从而更有利于电子转移和传导，大程度提高电化学反应效率。
抗污染性方面，改性生物质活性炭阴极表现出与一般阴极相比更好的抗氧化性和抗污染性。阴极表面需要与生物膜持续存在高氧气的浓度环境，这种特定的环境容易导致阴极表面出现自由基，而改性活性炭则通过吸附自由基，保持了阴极表面的完整性和稳定性，从而延长了阴极的使用寿命。
抗腐蚀性方面，改性生物质活性炭空气阴极具有较好的耐腐蚀性能，尤其在海水处理中发挥了较好的效果。海水中的氯化物和其他盐类易腐蚀阴极材料，导致阴极性能下降，而改性活性炭的表面不易收集盐类，从而减少了盐渍堆砌和腐蚀的风险。
微生物分析
改性生物质活性炭空气阴极除了具有良好的物理化学性能外，也与其中的微生物有着密不可分的关系。在MDC系统中，微生物菌群对脱盐、发电和阴极表面的形态发生、有机物降解等方面都具有一定的作用。研究表明，改性活性炭空气阴极中的微生物群体主要由革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌组成。
MDC过程中的微生物功能主要包括脱氮、脱磷、去除铜、锌和镍等重金属离子，始在阴极表面形成电子中转细菌膜，从而具有降低盐度的能力。另外，微生物群体的电化学活性也存在，其代谢活动可促进MDC的电化学输出。
然而，相较于其它MFC/MDC系统，改性生物质活性炭空气阴极中微生物的种类和形态尚未被充分研究，因此针对其微生物群落结构和代谢活动的深入研究，有助于进一步推动其性能的优化和其在废水处理和生产生物能源中的实际应用。
结论
综上所述，改性生物质活性炭空气阴极是MDC中的关键部件，其在降低盐度和提高去除率方面表现出了显著的性能。改性生物质活性炭空气阴极具有高电化学性能、优异的抗污染性和抗腐蚀性能，并且微生物菌群与改性活性炭阴极之间存在紧密的关联。通过深入研究，提高改性生物质活性炭的性能，优化其微生物群落结构和代谢活动，将有助于MDC的实际应用。