[發明專利]一種假單胞菌-陽極光合太陽能燃料電池系統及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010248429.8
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111430764A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 楊彥;余應新;陳浩佳;高源;李向南
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;汕頭廣工大協同創新研究院
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;B09C1/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 文靜

本發明公開了一種假單胞菌?陽極光合太陽能燃料電池系統及其制備方法與應用，所述燃料電池包括陽極光合太陽能燃料電池、假單胞菌屬微生物和電阻，所述陽極光合太陽能燃料電池為單室結構，包括土壤、水體、綠色水生植物和兩個電極，所述綠色水生植物的根部穿過水體置于土壤內部，其中一個電極平鋪在土壤內部作為陽極，另一個電極平鋪在土壤與水體的交界面作為陰極，所述綠色水生植物的根部添加假單胞菌屬微生物，所述電阻的兩端分別與陽極、陰極相連。所述燃料電池利用電化學活性微生物的催化作用將有機物、無機物中所含的化學能轉化為電能，且具有能量轉化效率高、反應條件溫和、清潔無污染等優勢。

技術領域

本發明涉及植物-微生物燃料電池領域，尤其是一種假單胞菌-陽極光合太陽能燃料電池系統及其制備方法與應用。

背景技術

微生物燃料電池是一種通過微生物作為催化劑，使有機物或無機物中化學能直接轉化為電能的新型裝置。其基本原理為：陽極區域的微生物通過底物代謝活動產生電子，電子從陽極通過導線和外電阻。

產電和污染物降解是微生物燃料電池(MFCs)的兩個基本功能，也是微生物燃料電池(MFCs)作為一種新型的環境治理和能源技術最具吸引力的優勢。大量研究已表明：相對于一般厭氧生物降解技術，微生物燃料電池(MFCs)具有更高效的廢棄物、廢水、或污染物降解的能力。

陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)是在沉積物微生物燃料電池(Sedimentmicrobial fuel cell，SMFC)的基礎上發展起來的。飽水的土壤或沉積物中，由于土壤、沉積物內部含有豐富的有機質，頂部具有氧化態的溶解氧等，在系統內部和表面設置陽極和陰極電極，用導線連接，使其滿足微生物燃料電池(MFCs)構建條件，即能夠產生穩定的電流，被稱為沉積物微生物燃料電池(Sediment microbial fuel cell，SMFC)。

陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)系統運行時陽極的微生物群落對整個系統起著至關重要的作用，其能夠利用根際環境的有機物直接或間接地將電子傳遞至陽極。

目前陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)已具有以下幾個方面的應用：

(1)水處理：從簡單的小分子有機酸到復雜的木質纖維素都可作為底物被陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)利用，因此，可處理各類廢水，包括有機廢水(生活污水、造紙廢水、淀粉加工廢水等)、無機廢水、難降解的廢水等；

(2)電源供應：陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)的最基本特征是產生電能，雖然目前的產電規模還未能達到商業利用，但足夠用作傳感器等耗電較低的儀器電源，可為偏遠地區和極端環境下的遠程環境監測提供電源供應；

(3)傳感器應用：根據陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)與溶液中物質的種類、濃度、有毒離子等的關系，可用作底物含量的測定、制作各種生物傳感器，如BOD傳感器、毒性傳感器等]；

(4)土壤原位修復：生物修復通過電化學活性微生物將有害物質分解、脫毒，采用這種簡單易行、環境友好和低成本的方法替代物理化學治理已得到普遍認可。

陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)系統的環境修復功能多集中在廢水處理方面，且多采用電化學活性微生物、特征污染物降解菌等單一菌種接種，盡管取得了不錯的降解、產電效能，但其在真實環境中應用的可能性較低。自然環境下，單一菌種的失活率較高，可操作性低。且在復合污染下，微生物菌落的復雜程度及其產電、降解機理是研究中需要剖析的重點，探討在自然狀態下，系統的功能性和長效性才是研究陽極光合太陽能燃料電池(APSFCs)系統推廣和應用的必經之路。針對此類缺點，若能夠采用混合菌種，或自然接種更加有利于系統的推廣。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足之處，本發明的第一個目的在于提供一種假單胞菌-陽極光合太陽能燃料電池系統。