[發明專利]以水浮蓮粉末懸浮液為陽極底物的微生物燃料電池

有效

• 申請號: 201410680761.6
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104409759A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 尹光彩;李文聰;牛艷;黃紹松;魏如鵬;江楠;劉佳赟;劉志敏
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/86
• 代理公司: 北京知本村知識產權代理事務所 11039
• 代理人: 劉江良

技術領域

本發明涉及微生物燃料電池領域，具體涉及以水浮蓮粉末懸浮液作為微生物電池的陽極底物。

背景技術

微生物燃料電池(Microbial?fuel?cell，簡稱MFC)是一種特殊的燃料電池,利用微生物(Microbe)作為生物催化劑,直接將燃料的化學能轉化為電能的電化學裝置。MFC可以利用不同的碳水化合物,同時也可以利用廢水中含有的各種復雜物質。它能是一種利用細菌作為催化劑，氧化有機或無機物質，同時產生電流的裝置。細菌與底物作用產生的電能轉移到陽極上（負極端）然后通過外電路，經過帶有電阻的導電材料或者帶動負載工作，最終電流留到陰極（正極端）。依據慣例，帶正電荷的電流從正極出發流通至負極，與電子流動方向正相反。這種裝置必須能夠使在陽極上氧化的底物得到持續的或間歇的補充，否則這個電池只能作為一個生物電池。

目前，現有的微生物燃料電池設備一般采用雙式或單式結構，單室型和雙室型均可穩定地輸出電能，而國內外多數微生物燃料電池研究的是以有機廢水、污泥、植物根系分泌物等物質作為陽極底物，其運用具有較為狹窄的地域性，處理成本較高，對環境要求較為苛刻，這些都大大制約了微生物燃料電池的發展。

水浮蓮的中文學名為鳳眼蓮，又名水葫蘆、水葫蘆苗、鳳眼藍，拉丁學名為Eichhornia?crassipes，英文名?：water?hyacinth。單子葉植物綱、鴨蹠草目、雨久花科、鳳眼蓮屬的鳳眼蓮，是一種繁殖能力極強的水上浮生植物。由于水浮蓮生長的適宜溫度是28~30度，因此在我國南方生長旺盛，0.07公頃水面的水浮蓮約有13萬株（約1.8~2.5萬噸）。特別是近年來，由于氣候和環境的不斷惡化，水浮蓮在世界各地和我國華南、華東、華中和華北地區生長泛濫，其被視為一種污染環境的有害生物，困擾著我國絕大多數南方城市，由于水葫蘆繁殖快，易在生長區內形成優勢物種，導致其它水生植物的減少甚至消滅，并且會降低光線對水體的穿透能力，影響水底生物的生長。當水葫蘆大量繁殖時，就會造成嚴重的環境和社會問題，包括阻斷航道，影響航運和排泄；限制水體流動，破壞水生生態環境；破壞飲水資源；加大水的蒸發量，造成水源流失等。

目前，水浮蓮主要是作為城市垃圾處理，不僅造成了資源和資金的浪費，而且易腐爛和產生高濃度有機廢水，嚴重污染環境。現有技術中已存在一些處理水葫蘆的方法，例如，專利號：201310445200涉及提取制備低聚木糖的方法；申請號：201310241578.1涉及水浮蓮提取蛋白酶粉；專利號：200910212677涉及利用水葫蘆與水浮蓮制取生物質能的方法，其中在強化處理中接種乳酸菌種子液，最后發酵等步驟得到有機肥。

為解決水浮蓮產生的危害，研究者們對水浮蓮進行資源化開發，包括利用水浮蓮生產動物飼料，制備生物有機肥和用于生物能源等。但是，水浮蓮的這些資源化開發需要投入大量的開發成本，水浮蓮的利用率低，產生的附加值低。所以如果能高效處理打撈出來的水浮蓮，將大大提水浮蓮的廢物利用率。

發明內容

本發明的主要目的就是在現有技術的基礎上，設計出新型的以水浮蓮粉末懸浮液為陽極底物的微生物燃料電池。本發明把水浮蓮與微生物燃料電池結合在一起，通過以水浮蓮粉末懸浮液作為微生物燃料電池的陽極底物，利用微生物對陽極液中的有機底物的作用而產生電能，本方法環境友好，具備產能以及水浮蓮廢物利用兩方面的效果，從而為微生物燃料電池產電的同時利用水浮蓮開辟了一種新的方法。

本發明提供的技術方案是：一種以水浮蓮粉末懸浮液為陽極底物的微生物燃料電池，其由兩個亞克力有機玻璃的半開合盒子拼接而成，中間為兩片夾著質子交換膜的橡膠軟墊，由螺母螺片固定，質子交換膜把電池分隔成陰陽兩極室，所述兩個極室結構相同且呈現軸對稱狀，每個極室相對著質子膜的另一面有機玻璃壁下方都具有一個小孔，用環氧樹脂粘連著一條排液用的塑料導管，由止水夾夾緊防漏。

進一步地，所述的微生物燃料電池，每個極室上方都有三個孔，靠每個極室中間的是大孔，插入用膠塞固定好的電極，大孔左邊的一個大孔，是用來添加溶液用的，不使用時用塞子塞住；中間的大孔后方有個小孔，其中陽極室的那個小孔用來插入參比電極的，陰極室的那小孔既是用來插入參比電極，又是插入氣泵導管的插口。

進一步地，所述陽極室還有一粒四氟磁力攪拌子。

所述的微生物燃料電池，所述陽極溶液的組成：水浮蓮粉末懸浮液，降解水浮蓮的細菌，緩沖劑，亞甲基藍；其中，添加細菌進入微生物燃料電池的方法：把菌液從恒溫培養箱轉至超凈工作臺，把液體培養基搖勻后，用移液槍反復吸取菌液快速加入微生物燃料電池的陽極室中，加入完馬上蓋上膠塞，開始運行電池。