[發明專利]一種可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統

在審

• 申請號: 202110479584.5
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113106017A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王以明;夏天;趙乾利;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/38;C12M1/34;C12M1/107;C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統，旨在主要通過電刺激的方法，利用間歇性外加場強對制氫微生物的作用，增加其生長速度和代謝活性，強化其制氫能力，促進制氫產量。基于圓盤電極的旋轉特性，可進一步促進制氫微生物的生長，減少氫氣泡的附壁效應，降低產物抑制作用，形成一套厭氧的可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統。該系統主要包括：微生物制氫反應裝置，旋轉圓盤陽極碳布電極，旋轉圓盤陰極碳氈電極，控溫裝置，進料口，出料口，實驗電源，進出閥，夾套，采集器和橡膠圈等。

技術領域

本發明涉及一種可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統，屬于生物電化學、生物化工、微生物與能源交叉領域。

背景技術

微生物制取“綠氫”將成為我國氫能源供應新的發展方向。目前微生物生長緩慢、制取氫氣的產量較低，如何提高微生物制氫的產量是亟需解決的問題之一。隨著電化學理論和電化學方法的發展越，電化學被廣泛地應用在材料科學、環境保護、生物化工等相關領域，形成新的應用交叉領域，如生物電化學。

微生物在外加電場的刺激作用下，能激勵微生物生長代謝過程的離子泵作用或改變細胞膜的通透性等，從而促進微生物的生長。當電場強度達到一定值，電極產生的大量自由基可使其在一定的電流密度下促進整個菌群的波動生長，其遠高于正常培養的菌群生長速度，克服其生長過程緩慢的缺點。可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統通過調節電場強度刺激微生物生長，提高微生物制氫的產量和產率，為未來利用外加電場強化于微生物制氫的生物化工過程提供了一個新的趨勢。

發明內容

本發明克服了現有制氫微生物生長代謝緩慢的缺點，提供了一種加速制氫微生物生長代謝，提高制氫產量的方法，實現了微生物制氫的強化。

為達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種可控旋轉圓盤電極強化微生物制氫系統，其組成依次包括：微生物制氫反應裝置，陽極鍍銀電極，陰極碳氈電極，控溫裝置，進料口，出料口，實驗電源，進出閥，夾套，采集器和橡膠圈。

本發明中，陽極電極的碳布電極，陰極電極為碳氈電極，與實驗電源連接，通過控制器調控電流大小，動態改變場強。微生物制氫系統通過改變電極轉速、場強和電刺激時間，調控底物和產物的傳質，提高制氫產量和產率。

系統設計采用了圓形電極片，優選的是圓盤陽、陰電極對不偏心，電場穩定，有利于電場作用于制氫微生物，提高制氫產量和產率。

優選的是，所述夾套由絕緣耐腐蝕材料制成，絕緣耐腐蝕材料可以是PP或PVC。

優選的是，所述的電極片在施加場強過程中，可以針對不同制氫微生物和環境，選擇相應轉速，旋轉的電極片帶動水體流動，減少水中氣泡附壁，促進制氫微生物流動生長。

優選的是，所實驗電源，控溫裝置，表面都涂覆一層防水涂層，使其可避免制氫微生物培養液滲透入所述系統內部。

優選的是，所述的實驗電源，其特征在于：采用自動控制電路來實現間歇性場強，其間隔時間可設置為4/6/12小時三個時間檔。

優選的是，所述電極片的旋轉與微生物制氫系統腔壁之間設置橡膠圈，采用的是丁腈橡膠O形圈，結構簡單，密封性能良好，同時在電極片旋轉時，能受一定擠壓，將摩擦損耗降至最小。

與現有技術相比，本發明專利有益的效果為：通過實驗電源間歇性的電刺激，有助于增強細胞膜的通透性，利于底物和產物的傳質。圓盤電極不偏心，確保穩定的實驗場強，有助于制氫微生物的生長代謝，增加其生物量，提高氫氣的產量，同時電極的旋轉有助于制氫微生物菌群的波動生長，且減少氣泡附壁，降低產物抑制作用，進一步提高制氫產量。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的結構示意圖。

下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限于以下實施例。

實施例1：上述方法中，所述的圓盤電極的陽極為直徑為4cm的碳布電極，陰極為直徑為4cm碳氈電極。初始電壓為2V，圓盤電極在實驗過程中采用低轉速，設置為150rpm，旋轉20min，間歇時間1h；實驗采用間歇電場作用，電場作用時間為6h，間歇時間為6h。在此條件下，產氫大腸桿菌的OD_600nm值比未經電場作用的產氫大腸桿菌的OD_600nm值高0.05，氫氣產量增加了47.6%。