[發(fā)明專利]產(chǎn)氫微生物電解池及其生物陰極馴化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310148645.5
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN103290425A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁大為;劉琰琰;彭思侃;盧善富;相艷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/02
• 分類號(hào): C25B1/02;H01M8/16;H01M8/06
• 代理公司: 北京金恒聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11324
• 代理人: 李強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種產(chǎn)氫微生物電解池及其生物陰極馴化方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的需求日益加大，煤、石油、天然氣等不可再生能源已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需要，同時(shí)這些不可再生能源的使用對環(huán)境所造成的污染也十分嚴(yán)重。因此大力發(fā)展可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展道路，滿足低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)是必須遵循的政策。氫氣以其清潔、高效、可再生等特點(diǎn)，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的能源載體之一，在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。目前工業(yè)化的制氫方法為天然氣或尾氣分離制氫和水電解法制氫，但成本較高，耗能較大。傳統(tǒng)的生物發(fā)酵制氫具有清潔，安全，低能耗等優(yōu)點(diǎn)，但原料利用率較低。微生物電解池則是在微生物燃料電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的利用可再生生物質(zhì)制氫的生物能源技術(shù)。相比傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，微生物電解池技術(shù)克服“發(fā)酵瓶頸”，能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)60%以上，處理有機(jī)廢水的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能，電能，氫能三者之間的轉(zhuǎn)化。

微生物電解池制氫是利用產(chǎn)電微生物在陽極氧化有機(jī)物，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子和質(zhì)子在外加電壓驅(qū)動(dòng)下，陰極催化產(chǎn)氫氣。為降低陰極過電勢，提高陰極制氫速率，常用鉑，鈀等貴金屬作為催化劑。但這些催化劑造價(jià)比較高，并且長時(shí)間使用易造成催化劑中毒等缺點(diǎn)，而以微生物作為催化劑，則避免貴金屬的不足，提高微生物電解池經(jīng)濟(jì)性，為微生物電解池實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種生物陰極產(chǎn)氫微生物電解池的生物陰極馴化方法，其特征在于包括：

A）在微生物燃料電池模式下培養(yǎng)陽極產(chǎn)電微生物種群，

B）在微生物電解池制氫模式下馴化陽極噬氫微生物種群，

C）在三電極模式下馴化培養(yǎng)陰極產(chǎn)氫微生物。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面，將上述步驟A）中得到的生物陽極與上述步驟C）中馴化培養(yǎng)的生物陰極組合，構(gòu)成生物陰極型微生物電解池（400）。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種產(chǎn)氫生物陰極型微生物電解池，其特征在于所述產(chǎn)氫生物陰極型微生物電解池包括：

上述的步驟A）中得到的生物陽極，和

上述的步驟C）中馴化培養(yǎng)的生物陰極。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面，在0.6-1.0V的外加電壓室溫環(huán)境下運(yùn)行上述微生物電解池，且當(dāng)電流密度開始下降時(shí)，用新的第一溶液更換微生物電解池中的溶液，實(shí)現(xiàn)微生物電解池生物陰極催化制氫，

其中

所述第一溶液每升組分為：1g乙酸鈉，0.31g?NH₄Cl，0.52g?KCl，13.44gNaHCO₃，2.22g?NaH₂PO₄·2H₂O，9.20g?Na₂HPO₄·12H₂O，25ml營養(yǎng)鹽溶液，50ul的維生素溶液，余量為蒸餾水；

其中：所述營養(yǎng)鹽每升組分為：2.3g?EDTA，6.15g?MgSO₄·7H₂O，0.5gMnSO₄·H₂O，1g?NaCl，0.1g?FeSO₄·7H₂O，0.076g?CaCl₂，0.1g?CoCl₂·6H₂O，0.13g?ZnCl₂，0.01g?CuSO₄·5H₂O，0.01g?KAl(SO₄)₂·12H₂O，0.01g?H₃BO₃，0.022g(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O，0.024g?NiCl₂·6H₂O，0.025g?Na₂WO₄·2H₂O。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所采用的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于馴化陽極噬氫微生物種群的微生物電解池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在三電極模式下馴化培養(yǎng)陰極產(chǎn)氫微生物所采用的半電池的結(jié)構(gòu)示意圖。