微生物电解池的工作原理解析

微生物电解池(MEC)是一种特殊的电解池,它利用微生物作为反应主体,在阴阳极间施加电流,产生氢气或者甲烷。它由池体、阳极、阴极、外电路及电源组成。阳极上通常覆盖有一层由产电微生物形成的生物膜，这些微生物以污水中的有机物为“食物”，通过代谢过程将有机物氧化分解。微生物电解池的工作原理包括以下几个关键过程：

1微生物代谢产电子

在阳极室中，产电微生物通过代谢有机物产生电子，并将这些电子从细胞内转移到细胞外的阳极上。常见的产电微生物有地杆菌属(Geobacter)、希瓦氏菌属(Shewanella)等。

2电子传递到阳极

微生物释放的电子通过阳极材料(如碳布、碳棒等)传递到外电路，形成从微生物到阳极再到外电路的电子流动路径。

3质子传递

在阳极微生物代谢有机物的同时，会产生氢离子(质子)。这些质子会通过质子交换膜或直接通过电解质溶液迁移到阴极室。质子交换膜是一种只允许质子通过的半透膜，它有效地将阳极室和阴极室隔开，同时保证质子的传递。

4电子与质子结合产氢气

在外电路中，电子在电源提供的电势差作用下从阳极流向阴极。当电子到达阴极后，与从阳极室迁移过来的质子结合，在合适的催化剂作用下发生还原反应，生成氢气。如果反应条件和微生物群落适宜，也可能产生甲烷等其他产物。