Electricity production performance enhancement of microbial fuel cells with double-layer sodium alginate hydrogel bioanodes driven by high-salinity waste leachate

微生物燃料电池 化学工程 阳极 聚乙烯醇 生物相容性 材料科学 图层(电子) 废水 化学 废物管理 纳米技术 电极 工程类 物理化学
作者
Chao Zhao,Hongwei Chen,Yangfan Song,Lou Zhu,Tianchao Ai,Xinxin Wang,Zhuo Liu,Xiang Wei
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:242: 120281-120281 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.120281
摘要

The poor bacterial loading capacity and biocompatibility of the anode lead to weak electricity production performance of microbial fuel cells (MFCs). Inspired by kelp, we developed a double-layer hydrogel bioanode based on sodium alginate (SA). The inner hydrogel layer of encapsulated Fe3O4 and electroactive microorganisms (EAMs) was used as the bioelectrochemical catalytic layer. The outer hydrogel layer formed by cross-linking SA with polyvinyl alcohol (PVA) was used as the protective layer. The 3D porous structure of the inner hydrogel formed based on Fe3O4 facilitated the electroactive bacteria colonization and electron transfer, while the high structural toughness, salt-resistance and antibacterial properties of the outer highly cross-linked hydrogel served to protect the catalytic layer for stable electricity production. When high-salt waste leachate was used as the nutrient, the amazing open-circuit voltage (OCV) of 1.17 V and the operating voltage of 781 mV were brought by the double-layer hydrogel bioanode PVA@SA&Fe3O4/EAMs@SA.
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