[發明專利]一種瘤胃微生物燃料電池系統及利用水葫蘆產電的方法

在審

• 申請號: 201710400735.7
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107195939A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 俞浩然
• 申請（專利權）人: 俞浩然
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/86
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 韓獻龍

技術領域

本發明涉及一種瘤胃微生物燃料電池系統及利用水葫蘆產電的方法，屬于固體廢物資源化利用領域。

背景技術

湖泊水生植物可以去除水中的藻類、溶解性有機污染物質和氮磷等營養物質,并且能迅速吸收廢水中的重金屬離子，因此被廣泛應用于湖泊的水質改善和水環境修復。但是，水生植物同時也危害著生態環境、加速湖泊沼澤化，并對水中的溶解氧產生影響，造成湖泊的二次污染。因而尋找高效、經濟的水生植物處置技術是十分重要的。目前，水生植物的處置方法包括用作動物飼料、堆肥及厭氧生物消化等。當湖泊水生植物如水葫蘆中有毒物質含量低時，前兩種方法具有一定的應用價值；否則，由于食物鏈的富集作用，當水生植物用作動物飼料或堆肥時會對人、畜等帶來危害。并且，由于水生植物中木質纖維素結構復雜，不易于生物降解及轉化，需要先經過復雜的預處理工藝將其轉化為低分子物質才能被微生物所利用，因而研究直接處理水生植物秸稈的方法尤為重要。

微生物燃料電池(MFC)是一種新型的環境修復生物技術，該技術可以實現廢物處置與能源回收。將植物秸稈等廢棄物作為微生物燃料電池的底物，以電能的形式回收其中含有的能源，將有利于有效的解決水生植物處理問題。目前，已有相關報道，如：中國專利文獻CN 104611262 A公開了一種降解纖維素的產電菌及其在燃料電池中的應用，該發明提供的產電菌能夠以資源豐富的纖維素為底物進行發電，將其應用于微生物燃料電池中，適應性強、產電電壓大，具有較高經濟價值和廣闊的使用前景；但該發明需要先進行菌株的純化和篩選，步驟較為繁瑣，且其直接以纖維素為底物，未公開對植物秸稈降解的相關數據。又如中國專利文獻CN 101188306 A公開了微生物燃料電池及利用秸稈發電的方法，該發明的微生物燃料電池由容器、催化陽極、陽極導線、空氣陰極、陰極導線、陰極蓋和密封蓋組成；利用秸稈發電的方法包括步驟如下：秸稈的預處理；秸稈的解毒處理，得到秸稈固體底物和秸稈液體底物；電池的啟動；處理秸稈固體底物或秸稈液體底物。該發明無污染，緩解了能源危機并且農村秸稈得到了有效利用；但該發明需要對秸稈進行預處理，步驟繁瑣，成本較高，且降解能力有限。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種瘤胃微生物燃料電池系統，該電池系統是將能降解纖維素、半纖維素的瘤胃微生物和微生物燃料電池整合于一體的固體廢物資源化裝置，該裝置管理維護簡單、成本低。

本發明還提供一種采用上述瘤胃微生物燃料電池系統以水葫蘆為底物進行產電的方法，通過瘤胃液中的微生物將水葫蘆秸稈中纖維素、半纖維素降解，可以有效的將其轉化為電能，實現固體廢物的資源化。

術語說明：

瘤胃：瘤胃是反芻動物的第一胃，是迄今已知的降解纖維物質能力最強的天然發酵罐。

瘤胃液：瘤胃液是從反芻動物的瘤胃內取出的瘤胃內容物，包含經口腔進入的食糜，瘤胃分泌物與脫落的組織。

本發明的技術方案如下：

一種瘤胃微生物燃料電池系統，包括陽極腔室和陰極腔室，其特征在于，陽極腔室和陰極腔室通過連通管道相連接，所述連通管道內設有質子交換膜；所述陽極腔室內裝有陽極液，并設置有陽極電極；所述陰極腔室內裝有陰極液，并設置有陰極電極；所述陽極電極和陰極電極通過導線與外電阻連接形成閉合回路；所述陽極電極和陰極電極通過導線與數據采集系統相連接，所述數據采集系統與電腦相連接；所述陽極液包含瘤胃液和培養基。

根據本發明優選的，所述瘤胃液是山羊進食2-5小時后，從山羊瘤胃內取出的瘤胃液。所述瘤胃液中包含有食物殘渣；所述質子交換膜可市購獲得。

根據本發明優選的，所述培養基的組成如下：K₂HPO₄ 400-500mg/L,KH₂PO₄ 400-500mg/L，NaCl 800-1000mg/L,(NH₄)₂SO₄ 200-400mg/L，CaCl₂·2H₂O 100-150mg/L，MgSO₄50-150mg/L。