[發明專利]使用超聲波預處理產電微生物的回型微生物燃料電池裝置

有效

• 申請號: 201410227989.X
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103996867A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 喬楠;于大禹;陳瑞佳
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/02;C02F3/34
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種使用超聲波預處理產電微生物的回型微生物燃料電池裝置，其特征是，它包括以下步驟：

(1)電極的制備

a.陽極制備

取規格長×寬為4.0×4.0cm，厚度為1.0cm的碳氈兩片，中間夾有規格長×寬為4.0×4.0cm的銅片，用碳纖維絲線將銅片固定在碳氈上作為陽極；

b.陰極制備

使用規格長×寬為4.0×4.0cm的銅片作為陰極；

(2)陽極活性污泥、陰極施式假單胞菌培養液的培養

a.陽極活性污泥的培養

將購自上海道承環境工程有限公司的顆?；钚晕勰?00g加入到800mL的培養基中，所述培養基各組分用量分別為：醋酸鈉0.54g/L，無水氯化亞鐵4.2mg/L，磷酸二氫鉀0.06g/L，磷酸氫二鉀2.412g/L，氯化鈣0.48g/L，NH₄Cl0.3g/L，MgSO₄·7H₂O0.08g/L，MnSO₄0.6mg/L，pH6.5-7.5，在燒杯中經過3d的密閉、室溫、靜止培養后得到陽極活性污泥；

b.陰極施式假單胞菌培養液的培養

將保存在斜面上的購自中國普通微生物菌種保藏管理中心的菌株編號為CGMCC1.8597的施式假單胞菌接入到50mL的種子培養基中，所述種子培養基各組分用量分別為：KNO₃0.8g/L，KH₂PO₄1.5g/L，MgSO₄·7H₂O0.8g/L，琥珀酸鈉2.5g/L，H₂O1L，pH7.5，在30℃，150rpm的搖床中培養3d，得到陰極施式假單胞菌培養液，4℃冰箱保存備用；

(3)超聲波預處理

將20mL經過步驟(2)a培養得到的陽極活性污泥和20mL經過步驟(2)b培養得到的施式假單胞菌培養液分別用超聲波細胞粉碎機進行超聲波處理，設定超聲波功率為200～600W，超聲時間為10～20min；

(4)陽極活性污泥的固定化、陰極施式假單胞菌培養液的固定化

a.陽極活性污泥的固定化

取12～14g聚乙二醇溶于含有0.6％～0.8％N，N，N，，N，-四亞甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除鹽水中，然后向其中加入12～16mL經步驟(3)處理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％過硫酸鉀于燒杯中，經過24h，將形成的凝膠切成邊長為3mm立方體；

b.陰極施式假單胞菌培養液的固定化

取12～14g的聚乙烯醇和0.8～1.2g海藻酸鈉，加入150mL除鹽水中，用沸水浴加熱使之溶解，冷卻到室溫，再與0.8g活性炭混合，在無菌單人雙面凈化臺中加入12～16mL經步驟(3)處理的施式假單胞菌培養液，混合均勻后轉移到經碳酸鈉溶液調節pH值為6.7并含有重量百分含量為4wt％氯化鈣的飽和硼酸溶液中，在4℃條件下交聯4h，然后再將其轉移到0.5～1.0mol/L^-1的硫酸鈉溶液中交聯8h，將形成的凝膠切成邊長為3mm立方體；

(5)陽極液、陰極液的制備

a.陽極液的制備

有機廢水為回型微生物燃料電池的陽極液，其各組分用量分別為：醋酸鈉0.54g/L，無水氯化亞鐵4.2mg/L，磷酸二氫鉀0.06g/L，磷酸氫二鉀2.412g/L，氯化鈣0.48g/L，NH₄Cl0.3g/L，MgSO₄·7H₂O0.08g/L，MnSO₄0.6mg/L，pH6.5-7.5；

b.陰極液的制備

硝態氮廢水為回型微生物燃料電池的陰極液，其各組分用量分別為：KNO₃0.8g/L，KH₂PO₄1.5g/L，MgSO₄·7H₂O0.8g/L，丁二酸納2.5g/L；pH7.5；

(6)回型微生物燃料電池裝置的構建與運行

a.回型微生物燃料電池裝置的構建

一種回型微生物燃料電池裝置包括：回型有機玻璃框體、第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室、第四陰極室、陽極室、鹽橋、陰極液流入管、陰極液流出管、陽極室流入管、陽極室流出管、蠕動泵、閥門、陰極室連通管、陰極接線柱、陽極接線柱、陽極、陰極和隔板；所述回型有機玻璃框體的中空心部置有陽極室，在所述回型有機玻璃框體通過隔板分隔構成的第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室環繞置在陽極室的四周，所述回型有機玻璃框體的外邊長相等均為13.4cm，內邊長相等均為10cm，高10cm，陽極室的邊長10cm×10cm×10cm的正方體，容積為1000mL，第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室的容積相等均為200mL，總容積為800mL；第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室與和陽極室之間均以鹽橋隔開；第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室通過連通管連通，在所述陽極室內裝填步驟(4)a得到的立方體，裝填體積為陽極室總體積的1/4，第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室內均裝有步驟(4)b得到的立方體，裝填體積為每個陰極室體積的1/4，陽極室中間放置一個步驟(1)a得到的陽極，陽極與陽極接線柱電連接，第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室均放置一個步驟(1)b得到的陰極，陰極與陰極接線柱電連接，陽極室的底部與陽極液流入管連通，陽極室的頂部與陽極液流出管連通，第一陰極室與陰極液流入管連通，第三陰極室與陰極液流出管連通，在陽極液流入管、陽極液流出管、陰極液流入管和陰極液流出管上均連接有閥門；

b.回型微生物燃料電池的運行

陽極室注入步驟(5)a得到的陽極液，第一陰極室、第二陰極室、第三陰極室和第四陰極室均注入(5)b的陰極液，溶解氧控制在6.4mg/L，進行產電微生物的第一次馴化，并通過電化學工作站在線監測回型微生物燃料電池的產電性能；當回型微生物燃料電池經過穩定輸出電壓時期，輸出電壓下降時，分別更換新的陽極液和陰極液，進行第二次馴化；按上述步驟重復五次馴化后，完成回型微生物燃料電池的馴化過程，之后由蠕動泵提供動力，啟動陽極室的陽極液流入管閥門，使作為陰極液的硝態氮廢水從第一陰極室下側進入，流經第二陰極室和第四陰極室，從第三陰極室連通的陰極液流出管出口流出，作為陽極液的有機廢水通過蠕動泵從陽極室底部連通的陽極液流入管入口流入陽極室，從陽極室頂部的陽極液流出管出水口流出，通過調節陽極液流入管、陽極液流出管、陰極液流入管和陰極液流出管上連接的閥門，使作為陰極液的硝態氮廢水和作為陽極液的有機廢水的流速均控制在0.8mL/min，通過電化學工作站在線監測回型微生物燃料電池的輸出電壓，每隔24h監測有機廢水中COD_Cr和硝態氮廢水中硝氮含量的變化。