[發明專利]一種快速形成MEC制氫陽極微生物膜的方法

在審

• 申請號: 201810048235.6
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN110055206A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李建昌;孫和臨;邵瓊麗;楊仁燦;鄭金柱
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: C12N1/36
• 分類號: C12N1/36;C12P3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種快速形成MEC（Microbial electrolysis cell）制氫陽極微生物膜的方法，該方法克服了MEC陽極生物膜需先經過MFC（Microbial fuel cell）富集，然后再經過MEC馴化的繁瑣過程。本發明在培養和馴化過程中，首先在MEC反應器中加入厭氧活性污泥為接種物，緩沖營養液，微量元素液，培養和馴化底物，然后在厭氧和恒溫條件下，外加微電壓促使接種物中的產電微生物生長繁殖，使之在陽極表面快速形成具有產氫功能的陽極生物膜。培養和馴化過程中在線記錄儀記錄電極間電流變化，氫氣含量通過氣相色譜法檢測，并通過循環伏安法測試陽極生物膜的電化學活性。本方法有效縮短培養周期，且形成的陽極膜具有較好的產氫能力。

技術領域

本發明屬于生物電化學領域中MEC制氫陽極微生物膜的培養方法。

背景技術

MEC（Microbial electrolysis cell）陽極微生物膜是MEC技術的關鍵所在，陽極膜是MEC制氫相關微生物生長繁殖的重要場所，是研究相關微生物及其特殊功能的一扇窗口。與一般生物膜相比，MEC陽極膜表面的微生物既可在分解有機物的過程中產生電子，又能從環境中接受胞外電子，因此，電子交換能力（電流密度）成為衡量MEC陽極微生物膜是否形成和電化學活性高低的重要指標。

從MEC制氫工藝技術方面看，MEC陽極微生物膜對MEC產氫起著絕對的控制作用，是保證MEC制氫的前提。從MEC制氫機理可知，氫氣在陰極析出第一步時附著與陽極表面的電活性微生物對底物的降解。在這一過程中，只有微生物在陽極表面的生長繁衍，形成具有產氫功能的MEC陽極微生物膜，才能有效地降解有機底物，形成質子與電子等。

目前，MEC陽極膜的培養馴化，通常先經過MFC產電馴化，使MFC陽極微生物具有產電功能，然后轉移到MEC中才能進行產氫實驗；MFC陽極產電微生物培養馴化周期較長，在培養過程中需要定期更換基質營養液。相較下通過直接用MEC培養陽極膜，新啟動的MEC功能菌群組成豐度更大，其庫倫效率和產氫效率更具優勢。但是，對于MEC陽極微生物膜培養并沒有專門研究，只是在陽極膜培養過程中電路中有穩定電流產生便進行產氫研究。

發明內容

本發明所提供的MEC陽極微生物膜的形成方法，克服了MEC陽極微生物膜需先經過MFC產電培養，然后再轉移到MEC馴化的繁瑣過程。本發明將以MEC制氫方式直接培養馴化MEC陽極微生物膜，不僅能夠獲得電化學活性較高的MEC陽極微生物膜，而且縮短培養周期可避免時常更換基質營養液，使培養過程簡單易操作。

本發明的培養方法按照以下步驟操作：（1）接種：在MEC反應器中加入接種物；（2）投料：在MEC反應器中加入配制好的緩沖營養液，微量元素液和底物，加入水使其凈容量400mL，然后向反應器內通入氮氣排空反應器內空氣，使其迅速進入厭氧狀態；（3）外加電壓：在反應器陰陽極兩端施加微電壓，在恒溫條件下培養。

本發明的接種物為厭氧活性污泥，接種量為凈容量22.5%～30%。

本發明的緩沖營養液為：磷酸二氫鉀（KH₂PO₄）6.1g/L，磷酸氫二鉀（K₂HPO₄·3H₂O)9.6g/L，氯化鉀（KCl）2.22g/L，氯化銨（NH₄Cl）0.28g/L，酵母膏（Yeast extract）0.1g/L，七水合硫酸鎂（MgSO₄·7H₂O）0.1g/L，二水合氯化鈣（CaCl₂·2H₂O）10mg/L，其pH為7.0，用量100mL。