[發(fā)明專利]使用超聲波預(yù)處理產(chǎn)電微生物的回型微生物燃料電池裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410227989.X
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN103996867A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬楠;于大禹;陳瑞佳
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;H01M8/02;C02F3/34
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用超聲波預(yù)處理產(chǎn)電微生物的回型微生物燃料電池裝置。

背景技術(shù)

由于人口的不斷增長和工業(yè)革命的迅速發(fā)展，能源短缺問題已非常嚴(yán)峻。微生物燃料電池能很好地將污水處理和能源制備結(jié)合在一起，進(jìn)而成為一種新型的環(huán)境生物處理技術(shù)。

微生物燃料電池以有機(jī)物為燃料，在微生物為催化劑的作用下將有機(jī)物氧化而釋放出能量。一些微生物燃料電池中接種的菌體可以利用外界氮源來進(jìn)行代謝反應(yīng)，使微生物燃料電池在產(chǎn)電的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對廢水的脫氮。但上述微生物燃料電池在諸多弊端，仍有很大的改進(jìn)空間。在接種的產(chǎn)電微生物方面，現(xiàn)有微生物燃料電池接種菌對底物的氧化速率慢，產(chǎn)電效率較低。通過選擇合適的菌種組合或者對產(chǎn)電微生物進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可加快其新陳代謝以提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效果；現(xiàn)有微生物燃料電池主要以雙室或單室結(jié)構(gòu)為主，陰、陽兩極傳質(zhì)面積有限，為此需進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，使電池單位體積的陽極與陰極接觸面積加大，進(jìn)而降低陰陽極之間的傳質(zhì)阻力，增大電池單位體積輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、占地空間小，性能可靠，能夠在實(shí)現(xiàn)對廢水連續(xù)處理的同時(shí)顯著提高了電池產(chǎn)電性能，產(chǎn)電速率高，廢水連續(xù)處理效率高的使用超聲波預(yù)處理產(chǎn)電微生物的回型微生物燃料電池裝置。

本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種使用超聲波預(yù)處理產(chǎn)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(guī)格長×寬為4.0×4.0cm，厚度為1.0cm的碳?xì)謨善虚g夾有規(guī)格長×寬為4.0×4.0cm的銅片，用碳纖維絲線將銅片固定在碳?xì)稚献鳛殛枠O；

b.陰極制備

使用規(guī)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(yǎng)液的培養(yǎng)

a.陽極活性污泥的培養(yǎng)

將購自上海道承環(huán)境工程有限公司的顆粒活性污泥200g加入到800mL的培養(yǎng)基中，所述培養(yǎng)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(jīng)過3d的密閉、室溫、靜止培養(yǎng)后得到陽極活性污泥；

b.陰極施式假單胞菌培養(yǎng)液的培養(yǎng)

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(hào)為CGMCC1.8597的施式假單胞菌接入到50mL的種子培養(yǎng)基中，所述種子培養(yǎng)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(yǎng)3d，得到陰極施式假單胞菌培養(yǎng)液，4℃冰箱保存?zhèn)溆茫?/p>

(3)超聲波預(yù)處理

將20mL經(jīng)過步驟(2)a培養(yǎng)得到的陽極活性污泥和20mL經(jīng)過步驟(2)b培養(yǎng)得到的施式假單胞菌培養(yǎng)液分別用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)進(jìn)行超聲波處理，設(shè)定超聲波功率為200～600W，超聲時(shí)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(yǎng)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(jīng)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(jīng)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(yǎng)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(tái)中加入12～16mL經(jīng)步驟(3)處理的施式假單胞菌培養(yǎng)液，混合均勻后轉(zhuǎn)移到經(jīng)碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)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(lián)4h，然后再將其轉(zhuǎn)移到0.5～1.0mol/L^-1的硫酸鈉溶液中交聯(lián)8h，將形成的凝膠切成邊長為3mm立方體；