申請(qǐng)日2016.05.06

　　公開(kāi)(公告)日2016.08.10

　　IPC分類(lèi)號(hào)H01M8/16; H01M4/96; C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明涉及微生物燃料電池，公開(kāi)了一種降解葡萄糖廢水產(chǎn)生電能的微生物燃料電池，其包括陽(yáng)極室和陰極室，所述陽(yáng)極室裝有廢水和培養(yǎng)液作為陽(yáng)極液，所述廢水含有木糖和/或葡糖糖，所述培養(yǎng)液含有核黃素，所述陽(yáng)極室接種奧奈達(dá)希瓦氏菌MR‑1。本發(fā)明的微生物燃料電池接種奧奈達(dá)希瓦氏菌MR‑1，能夠利用微生物燃料電池中的葡萄糖生長(zhǎng)并產(chǎn)電，在陽(yáng)極液中外加核黃素，以核黃素為電子中介體，大幅度提高電壓和功率密度、降低內(nèi)阻，并能更高效去除溶液中的葡萄糖，使微生物燃料電池的產(chǎn)電量更高，性能更優(yōu)，微生物燃料電池的最大功率達(dá)到319.9mW/m2，是不加核黃素的10倍。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種降解廢水的微生物燃料電池，包括陽(yáng)極室和陰極室，其特征在于，所述陽(yáng)極室裝有廢水和培養(yǎng)液作為陽(yáng)極液，所述廢水含有木糖和/或葡糖糖，所述培養(yǎng)液含有核黃素，所述陽(yáng)極室接種奧奈達(dá)希瓦氏菌MR-1。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述核黃素的濃度是0.1~0.3mmol/L。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述培養(yǎng)液包括M9鹽溶液、Wolfe's微量礦物元素溶液、Wolfe's維生素溶液。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述M9鹽溶液、Wolfe's微量礦物元素溶液、Wolfe's維生素溶液的體積比為10~20：1：1。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述木糖和/或葡糖糖在陽(yáng)極液中的總濃度是1~20g/L。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述陰極室裝有陰極液，所述陰極液為鐵氰化鉀磷酸鹽緩沖溶液。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述微生物燃料電池還包括陽(yáng)極電極、陰極電極、質(zhì)子交換膜和外接電路。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述陽(yáng)極電極為1×2cm2的碳布，所述陰極電極為2×3cm2的碳布。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種降解廢水的微生物燃料電池

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及微生物燃料電池，具體涉及一種降解葡萄糖廢水產(chǎn)生電能的微生物燃料電池。

　　背景技術(shù)

　　隨著人類(lèi)的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)能源的需求越加強(qiáng)烈，為了解決能源問(wèn)題，人類(lèi)在積極的尋求新型能源方式。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells，MFCs)是利用微生物催化降解有機(jī)物產(chǎn)生電能的新型裝置，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物處理和能源利用，其基本原理是：在陽(yáng)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽(yáng)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過(guò)外路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳遞到陰極，氧化劑在陰極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合成水。理論上可生物降解的物質(zhì)都可作為微生物燃料電池的燃料，因此選擇合適的微生物，微生物燃料電池就可利用生物質(zhì)產(chǎn)電，特別是人類(lèi)生活以及工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水、廢物等有機(jī)質(zhì)。微生物燃料電池具有反應(yīng)條件溫和，不需要進(jìn)行廢氣處理等優(yōu)點(diǎn)。

　　葡萄糖是自然界中分布最廣且具有重要生物功能的有機(jī)化合物，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工和微生物發(fā)酵等行業(yè)，并隨著廢水的排放進(jìn)入環(huán)境中，許多的工業(yè)廢水的COD主要是由葡萄糖引起的，成為重要的環(huán)境有機(jī)污染源。因此，這些有機(jī)廢水的可再生利用成為環(huán)境治理的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

　　已有研究表明，某些微生物可在MFC中可以利用葡萄糖產(chǎn)生電能，但是這些MFC產(chǎn)電性能較差，產(chǎn)電量較低，影響其應(yīng)用前景，因此需要開(kāi)發(fā)一種更高效的微生物燃料電池。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)電量較高、性能優(yōu)異的微生物燃料電池。

　　為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

　　一種降解廢水的微生物燃料電池，包括陽(yáng)極室和陰極室，所述陽(yáng)極室裝有廢水和培養(yǎng)液作為陽(yáng)極液，所述廢水含有木糖和/或葡糖糖，所述培養(yǎng)液含有核黃素，所述陽(yáng)極室接種奧奈達(dá)希瓦氏菌MR-1。

　　進(jìn)一步地，所述核黃素的濃度是0.1~0.3mmol/L，該濃度是核黃素在培養(yǎng)液中的濃度。

　　進(jìn)一步地，所述培養(yǎng)液包括M9鹽溶液、Wolfe's微量礦物元素溶液、Wolfe's維生素溶液。

　　進(jìn)一步地，所述M9鹽溶液、Wolfe's微量礦物元素溶液、Wolfe's維生素溶液的體積比為10~20：1：1。

　　進(jìn)一步地，所述木糖和/或葡糖糖在陽(yáng)極液中的總濃度是1~20g/L。

　　進(jìn)一步地，所述陰極室裝有陰極液，所述陰極液為鐵氰化鉀磷酸鹽緩沖溶液。

　　進(jìn)一步地，所述微生物燃料電池還包括陽(yáng)極電極、陰極電極、質(zhì)子交換膜和外接電路。

　　進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極電極為1×2cm2的碳布，所述陰極電極為2×3cm2的碳布。

　　M9鹽溶液的配方為：0.5g/L NaCl、3g/L KH2PO4、17.8g/L Na2HPO4·12H2O、1 g/L NH4Cl。

　　Wolfe's微量礦物元素溶液的配方為：1.5g/L次氨基三乙酸、3.0g/L MgSO4·7H2O、0.5g/L MnSO4·H2O、1.0g/L NaCl、0.1g/L FeSO4·7H2O、0.1g/L CoCl2·6H2O、0.1g/L ZnSO4·7H2O、0.1g/L CaCl2、0.01g/L CuSO4·5H2O、0.01g/L AlK(SO4)2·12H2O、0.01g/L H3BO2、0.01g/L Na2MnO4·2H2O。

　　Wolfe's維生素溶液的配方為：維生素H 2.0 mg/L、維生素B 2.0 mg/L、維生素B6 10 mg/L、維生素B1 10 mg/L、維生素B2 5.0 mg/L、煙酸5.0 mg/L、維生素B3 5.0 mg/L、維生素B12 0.1 mg/L、對(duì)氨基苯甲酸5.0 mg/L、硫辛酸5.0 mg/L。

　　陽(yáng)極液中用M9鹽溶液將木糖和/或葡糖糖、核黃素稀釋至所需濃度;陽(yáng)極液的OD600約2.5。

　　鐵氰化鉀磷酸鹽緩沖溶液的配方為：16.47g/L鐵氰化鉀、3.73g/L KCl、17.8g/L Na2HPO4·12H2O、3g/L KH2PO4。

　　本發(fā)明有以下有益效果：

　　本發(fā)明的微生物燃料電池接種奧奈達(dá)希瓦氏菌MR-1，能夠利用微生物燃料電池中的葡萄糖生長(zhǎng)并產(chǎn)電，在陽(yáng)極液中外加核黃素，以核黃素為電子中介體，大幅度提高電壓和功率密度、降低內(nèi)阻，并能更高效去除溶液中的葡萄糖，使微生物燃料電池的產(chǎn)電量更高，性能更優(yōu)，微生物燃料電池的最大功率達(dá)到319.9mW/m2，是不加核黃素的10倍。

　　微生物燃料電池將陽(yáng)極溶液的葡萄糖降解為乙酸、甚至是二氧化碳，并同時(shí)輸出電能，達(dá)到廢水處理和資源再利用效果。本發(fā)明的MFC產(chǎn)電量較高，對(duì)于各種葡萄糖廢水的處理具有很好的應(yīng)用前景。