仿生微型微生物燃料电池中无PFAS的PVA膜分离器实现市政污水可持续能源回收

针对传统微生物燃料电池(MFCs)成本高、含全氟化合物(PFAS)的问题，研究人员开发了采用仿生心形微流道和无PFAS聚乙烯醇(PVA)膜的新型微型MFC。该系统实现85.5%库仑效率(CE)和68%±0.10%化学需氧量(COD)去除率，成本仅46.10美元/平方英尺，为分散式污水处理与能源生产提供可持续解决方案。

　　

这项突破性研究展示了仿生设计的微型微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)在市政污水处理与能源回收中的创新应用。研究团队巧妙构建了微米级心形流道，通过仿生学设计实现阳极和阴极区域废水的持续微混合，显著提升了传质效率、底物利用率以及细菌-电极相互作用。

最具革新性的是采用实验室自制的无全氟烷基物质(PFAS-free)聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)膜替代传统Nafion 117膜，既消除了环境有害成分，又大幅降低成本。配合基于Arduino-UNO的智能电压监测系统，该装置实现了85.5%的峰值库仑效率(Columbic Efficiency, CE)，同时取得68%±0.10%的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)去除率。

技术经济分析显示，该系统成本仅46.10 USD/ft²，比传统Nafion基MFCs降低约8倍。这种兼具成本效益与高效能的设计，为分散式污水处理和绿色能源生产提供了极具应用前景的解决方案，标志着可持续环境技术发展的重要里程碑。