[發明專利]在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法

有效

• 申請號: 201410176526.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103952305A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張恩仁;汪霄;劉奕;刁國旺
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;H01M4/88
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 任利國

1.一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于，依次包括如下步驟：⑴組裝微生物電化學反應器，所述微生物電化學反應器包括陽極室和陰極室；⑵連接電路元件，電路元件包括選擇開關、固定電阻、直流穩壓電源、電流表、可變電阻器、循環時間繼電器和輔助直流電源，所述選擇開關的共端與所述陽極連接，所述選擇開關的第一選擇端與所述固定電阻串聯后與所述陰極連接，所述選擇開關的第二選擇端依次與所述直流穩壓電源、電流表、可變電阻器和所述循環時間繼電器的工作觸頭串聯后與所述陰極連接，所述循環時間繼電器的線圈通過輔助開關連接在所述輔助直流電源的兩端；⑶微生物陽極預啟動，向所述微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將陽極浸沒，再向所述陽極室中接種含產電菌的微生物菌源，接著將所述選擇開關撥至與第一選擇端接通，使陽極通過固定電阻與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動；⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在2～7天內共下降小于0.1V；第二階段為快速下降階段，陽極電勢在10～20小時內下降0.2V～0.6V；第三階段為平穩變化階段，陽極電勢變化的幅度穩定在±0.03V以內達10小時以上，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成；⑸斷開選擇開關，采用線性掃描伏安法測量微生物陽極的極化曲線，測量時以陰極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，將陽極電勢從-0.6V掃描到0V，根據掃描得到的電流-電勢圖確定陽極的極限電流值；⑹利用公式R=U/I計算進行脈沖電流刺激時所需要可變電阻器的工作阻值，其中U為所述直流穩壓電源的輸出電壓，I為步驟⑸測得的極限電流值，然后調整所述可變電阻器至計算得到的工作阻值下；再調節循環時間繼電器的通斷時間控制脈沖電流的脈沖寬度和通斷時間比，所述通斷時間比為(0.5～1)秒∶1秒；接著將所述選擇開關撥至與第二選擇端接通，同時接通所述輔助開關，使設定好的極限脈沖電流對微生物陽極進行電流刺激，電催化細菌生物膜在上述電流刺激下生長和發展30～40小時；⑺斷開所述選擇開關，以步驟⑸的方法再次測量微生物陽極新的極化曲線，得到新的更高的極限電流值，然后按步驟⑹的方法在新的極限脈沖電流下再對微生物陽極進行進一步極限脈沖電流刺激，如此反復循環；⑻當重復的極限脈沖電流刺激后，根據步驟⑸的方法得到的極化曲線與上一輪的極化曲線相比，極限電流值的增長低于5%，本發明的陽極電催化細菌生物膜即構建完成。

2.根據權利要求1所述的一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述固定電阻的阻值為500歐姆，所述可變電阻器的阻值在0～40000歐姆范圍內可調，所述直流穩壓電源的輸出電壓在24V以上。

3.根據權利要求1所述的一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于，所述細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀∶氯化鈉∶氯化鈣∶氯化鎂∶碳酸氫鈉∶氯化銨∶磷酸二氫鈉∶硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鉬酸鈉：酵母汁：醋酸鈉：水=(0.05～0.15)∶(0.05～0.15)∶(0.05～0.15)∶(0.05～0.15)∶(2.0～3.0)∶(1.0～2.0)∶(0.5～1.0)∶(0.05～0.15)：(0.001～0.005)：(0.001～0.005)：(0.001～?0.005)：(0.05～0.1)：(1.6～3.2)：1000。

4.根據權利要求1所述的一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述陰極溶液包括50?mM?K₃Fe(CN)₆?和?100?mM?KH₂PO₄。

5.根據權利要求1所述的一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥或淡水環境沉積物中的含產電菌的微生物菌源，接種量按每升所述細菌生長培養基液中接種所述活性污泥或所述沉積物50～100克。

6.根據權利要求1所述的一種在微生物電化學反應器陽極構建電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述步驟⑸中采用線性掃描伏安法測量微生物陽極的極化曲線時，電勢掃描速率控制在0.1mV/s以下。