[發明專利]生物電化學系統膜電極集成馴化方法、裝置及其應用

有效

• 申請號: 201410176290.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103943875A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 朱亮;高凱拓;徐向陽;靳捷;戚嬌琴
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;C25B1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種生物電化學系統膜電極集成馴化方法，其特征在于：將產電微生物定向富集與生物膜電極集成馴化兩種過程相結合；微電場刺激下產電微生物在陽極氧化底物并提供電子傳遞到陰極，在外電路形成閉合回路產生電流，進而實現產電微生物在陽極的定向富集；微電場刺激下產電微生物在陽極定向富集，從而實現生物膜電極集成馴化；將多個微生物燃料電池并聯，每個微生物燃料電池自成一體，分別由陰極、生物陽極、可調電阻控制電路板負載電阻形成完整回路，同時所有陰極、生物陽極處于同一個陰極室和陽極室，在一致的培養條件下確保生物膜電極集成馴化。

2.一種生物電化學系統膜電極集成馴化裝置，其特征在于：包括生物膜電極馴化單元、可調電阻控制電路板（12）、數據采集系統，生物膜電極馴化單元主要為厭氧環境下產電細菌富集、生物膜電極批量馴化場所，可調電阻控制電路板（12）用于調節生物膜電極外電路負載電阻，數據采集系統用于負載電阻兩端電勢差及其他相關電化學參數的采集、記錄與分析；

所述的生物膜電極馴化單元包括陰極室（1）、陽極室（2）、質子交換膜（3）和多組電極體系，所述的電極體系包括陰極（4）、生物陽極（5）、參比電極（10）以及導電鈦線（9）；

所述的數據采集系統包括多通道數據采集器（13）和裝有數據記錄軟件的電腦（14）；

所述的生物膜電極馴化單元的陰極室（1）和陽極室（2）由質子交換膜（3）分隔，通過法蘭固定，陰極室（1）和陽極室（2）正對分別設置多組陰極孔槽（6）、陽極孔槽（8）和參比電極孔槽（7）用于電極固定，其中參比電極孔槽（7）設置在陽極室頂部陽極孔槽（8）附近，陰極（4）和生物陽極（5）分別通過導電鈦線（9）連接并固定于陰極孔槽（6）和陽極孔槽（8），參比電極（10）固定在參比電極孔槽（7），兩極室（1）和（2）兩側間隔均勻設置三個排水口（11），并安裝閥門用于水樣采集及營養液更換，馴化裝置外部用石蠟密封保持其厭氧環境；

?對應陰極（4）和生物陽極（5）連接的導電鈦線（9）通過導線與可調電阻控制電路板（12）接線端子相連，多通道數據采集器（13）數據采集通道并聯于可調電阻控制電路板（12）電阻兩端，多通道數據采集器（13）連接裝有數據記錄軟件的電腦（14）。

3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的陰極（4）為304不銹鋼網電極，生物陽極（5）為石墨氈電極，質子交換膜（3）為CMI7000。

4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的可調電阻控制電路板（12），由十組接線端子，電阻值分別為10Ω、50Ω、100Ω、300Ω、500Ω、750Ω、1000Ω、3000Ω、7500Ω、10000Ω的電阻，與相應的撥碼開關連接而成，每對陰極（4）和生物陽極（5）連接一組接線端子，通過控制撥碼開關，同時控制所有微生物燃料電池的負載電阻。

5.如權利要求2所述的裝置，其特征在于：使用多通道數據采集系統（13），擁有多組數據采集端口，每個數據采集端口包括一根陰極接線、一根陽極接線和一根參比電極接線，每個數據采集端口陰陽極接線以并聯的方式連接于相應陰極（4）和生物陽極（5）所接可調電阻控制電路板（12）負載電阻接線端子的兩端，參比電極接線連于參比電極（10），通過多通道數據采集器（13）連接的裝有數據記錄軟件的電腦（14），同時采集每對電極的負載電壓及陽極電位，進而繪制極化曲線。