[發明專利]一種基于土壤中有機質的微生物燃料電池裝置

有效

• 申請號: 201110303240.5
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102412409A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 李連華;孔永明;孔曉英;李東;甄峰;袁振宏;楊改秀;李穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/04
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 劉明星;莫瑤江

技術領域：

本發明屬于資源循環利用的可再生能源領域，具體涉及一種將土壤中有機質提取并通過微生物的催化作用而產電的基于土壤中有機質的微生物燃料電池裝置。

背景技術：

微生物燃料電池是一種利用微生物的作用進行能量轉換的裝置。通常微生物燃料電池分為陽極室和陰極室，并通過膜將兩室分開。陽極以微生物為催化劑，催化進入陽極室的有機質發生氧化還原反應，并將在此過程中產生的電子傳輸到陽極，在通過外電路負載到達陰極。細菌降解有機質所產生的質子從陽極室通過膜到達陰極，在陰極上與電子受體反應，由此產生電流。

植物通過葉綠素進行光合作用，固定CO₂合成碳水化合物。依據植物的種類及環境條件，大約有60％的被固定C會輸入到根部。研究表明.土壤有機質總數的30％～40％來自根分泌物和死亡的根。主要有：(1)糖類、有機酸等；(2)高分子碳水化合物和酶等；(3)死亡的細胞物質；(4)乙烯等氣體物質。目前的研究表明糖類和有機酸等都可作為微生物燃料電池的燃料。但對于目前的以土壤中有機質為燃料微生物燃料電池系統存在的主要問題是由于土壤中傳質阻力導致電壓過小。并且由于植物的光合作用對光照依賴較大，導致白天和夜晚的電壓變化比較大。

發明內容：

為了克服現有以土壤中有機質為燃料的微生物燃料電池系統的不足，本發明提出一種新的基于土壤有機質的微生物燃料電池裝置，該裝置不僅可以克服土壤傳質的阻力，而且還可以減少對光照的依賴。

本發明主要通過土壤有機質提取裝置將土壤中有機質進行分離，分離后的有機質在進入微生物燃料電池系統，以此提高基于土壤有機質的微生物燃料電池的效率，從而實現了本發明的目的。

本發明的基于土壤中有機質的微生物燃料電池裝置，包括微生物燃料電池系統，該微生物燃料電池系統包括陽極室、陽極電極、陰極電極、外電路和膜，其特征在于，還包括土壤有機質提取系統，該土壤有機質提取系統包括通過管道依次相連的滲液計、集液裝置、蠕動泵，蠕動泵的輸出口與微生物燃料電池系統的陽極室相連，在集液裝置上部還連有泵。

所述的滲水計優選為多孔陶瓷滲水計。

所述的集液裝置上部的泵可為手動或電動的真空泵，泵的作用是使滲水計及其周圍形成負壓，以便土壤中含有有機質的可自由移動的水分透過滲水計的孔進入滲水計中。

所述的陽極室內的微生物優選為α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)的沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas?palustris)和人蒼白桿菌(Ochrobactrum?anthropi)；β-變形菌綱(Betaproteobacteria)的鐵還原紅育菌(Rhodofoferax?ferrireducens)；γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)的嗜水氣單胞菌(Aeromonas?hydrophilia)、銅綠假單胞菌(Pseudomonas?aeruginosa)和希萬氏菌(Shewanellaputrefactions)、S.oneidensis；δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)的硫還原地桿菌(Geobacter?sulfurreducens)、金屬還原地桿菌(G.metallireducens)、Geopsychrobacter?electrodiphilus、丙酸硫葉菌(Desulfoblbus?propionicus)，此外，還有厚壁菌門的丁酸梭菌(Clostridium?butyricum)和拜氏梭菌(Clostridium?beijerinckii)，酸桿菌門(Acidobacteria)的Geothrix?fermentan中的一種或幾種混合。

所述的陽極電極和陰極電極的電極材料優選為網狀玻璃碳、石墨電極、石墨棒、石墨電刷、碳布、石墨板、碳紙、碳棒中的一種或幾種。

所述的微生物燃料電池系統的膜優選為質子交換膜、陽離子交換膜或陰離子交換膜。

所述的微生物燃料電池系統還具有陰極催化劑，所述的陰極催化劑優選為Pt催化劑或生物陰極。

在集液裝置和蠕動泵之間優選設有開關，便于控制。

本發明的基于土壤有機質的微生物燃料電池裝置是這樣運行的：將滲液計放入土壤中，開啟泵，泵使得滲液計及其周圍形成負壓，一段時間后，土壤中含有有機質的可自由移動的水分進入滲液計中，收集到得溶液在集液裝置中貯存，再通過蠕動泵將集液裝置中的溶液定量輸送到微生物燃料電池系統的陽極室內進行微生物燃料電池的發電。