[發(fā)明專利]一種加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率制劑及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710438904.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107285477B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 汪美貞;黃超民;馮華軍;高雨晨;呂宇倩;張蕓蕓;陳健;沈東升
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;C02F3/34;C02F3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

本發(fā)明公開了一種加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率制劑及應用，以質量百分比計，由如下組分制成:信號分子10％?60％；銨鹽10％?60％；信號分子保護劑10％?20％；緩釋劑10％?20％。將待處理廢水送入微生物燃料電池的陽極室中，同步或以任一順序先后向廢水中投加所述加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率制劑和接種革蘭氏陰性產電菌。本發(fā)明所述的制劑可提高生物膜生長速度，縮短生物膜的掛膜時間，兼具成本低、適用性廣的特點，為微生物燃料電池的擴大工程應用奠定基礎。

技術領域

本發(fā)明涉及污水處理技術領域，更具體地說，涉及一種加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率的制劑。

背景技術

能源短缺和環(huán)境污染是現(xiàn)今中國面臨的兩大難題。近百年來，隨著工業(yè)革命的迅猛發(fā)展，能源已成為人類生存的根本保障和發(fā)展動力。但由于化石能源(煤、石油、天然氣等)的快速消耗和人口激增，能源危機日漸凸顯。此外，大量偷排或未達標排放的廢水嚴重污染了我國水域環(huán)境。2013 年到2015年間我國廢水排放總量達到2400億噸。2015年廢水中化學需氧量(COD)排放量為2300萬噸，治理設施運行費用高達1100億元，直接能耗高于100億千瓦時。在如今巨大能源危機脅迫下，消耗大量能源消除廢水中的有機污染物實為無奈之舉，因此為緩減能源需求壓力，兼顧處理廢水中的有機污染物，開發(fā)新能源、可再生能源已亟不可待。廢水中的有機污染物其實也是一種低品位化學能，而微生物燃料電池(Microbial fuel cells,MFCs)的研發(fā)為低品位化學能的再生利用提供了一條有效途徑。它以可自我再生的產電微生物為催化劑，在常溫常壓下利用廢水中的有機物為電子供體實現(xiàn)產電，相比傳統(tǒng)化學電池，具有原料來源廣泛、操作條件溫和、使用壽命長久、清潔高效且無二次污染等優(yōu)點，發(fā)展前景廣闊。但目前在工程電極材料等因素限制下，MFCs遠未達到實際的電氣化應用水平。

陽極材料作為MFCs生物載體及電子受體，是電流傳輸?shù)氖滓拗撇考８鞣N構型的碳材料如碳板、碳布、碳氈等具有優(yōu)異的生物兼容性和比表面積，是目前MFCs研究中最通用的陽極材料。但是碳材料電阻較大，電導率僅為3x10⁴～1x10⁵Sm^-1，比金屬電極至少低三個數(shù)量級，嚴重限制了其在工程應用中的發(fā)展。金屬材料擁有有益的延展性和導電性，是一類廉價、可放大的工程性電極材料。目前一些革蘭氏陰性菌雖具有良好的產電性能，但由于其生物膜較難吸附或包埋在金屬電極載體上，從而導致 MFCs較難甚至無法啟動，從而影響其產電和處理污染物性能，影響其工程擴大化運用。

群體感應(guorum sensing,QS)是一種細菌細胞間信息傳遞機制，即細菌通過合成、分泌自誘導分子(autoinducer,AI)作為信號分子，并檢測其濃度，當AI濃度隨著細菌群體密度達到一定閾值時，啟動特異性基因表達。目前已知QS能夠調控細菌的多種重要功能如生物膜形成等。其中革蘭氏陰性菌主要以AHLs類信號分子，并通過LuxI/LuxR通路進行語言交流。 AHLs是一種小分子化合物，它可以自由穿越細胞壁和細胞膜，其濃度隨著環(huán)境中細胞密度的增加而增大，當AHLs含量持續(xù)不斷積累并且濃度達到一定閾值時，結合LuxR蛋白，從而完成對相關基因表達的調控。目前已知環(huán)境因子對陰性菌分泌AHLs具有一定影響，從而對陰性菌群體感應產生調控作用。細菌生物膜形成和發(fā)育是MFCs啟動和運行的關鍵。

申請?zhí)枮?01611068535.8的中國發(fā)明專利申請公開了一種提高廢水處理生物膜掛膜效率的裝置及方法。雖然其掛膜效率高，但是由于其裝置較為復雜，成本較高并且難以普遍適應的特點。

基于此，本發(fā)明提供了一種加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率的制劑。制劑具有掛膜效率高，制備簡易，成本相對較低，且具有普遍適用性。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中某些革蘭氏陰性菌具有良好產電性能，但其在金屬電極存在掛膜效率低、成本高、適用性不廣泛的問題，，本發(fā)明提供了一種加速微生物燃料電池中革蘭氏陰性產電菌陽極掛膜效率的制劑及方法。