申请日2016.05.06
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号H01M8/16; H01M4/96; C02F3/34
摘要
本发明涉及微生物燃料电池，公开了一种降解葡萄糖废水产生电能的微生物燃料电池，其包括阳极室和阴极室，所述阳极室装有废水和培养液作为阳极液，所述废水含有木糖和/或葡糖糖，所述培养液含有核黄素，所述阳极室接种奥奈达希瓦氏菌MR‑1。本发明的微生物燃料电池接种奥奈达希瓦氏菌MR‑1，能够利用微生物燃料电池中的葡萄糖生长并产电，在阳极液中外加核黄素，以核黄素为电子中介体，大幅度提高电压和功率密度、降低内阻，并能更高效去除溶液中的葡萄糖，使微生物燃料电池的产电量更高，性能更优，微生物燃料电池的最大功率达到319.9mW/m2，是不加核黄素的10倍。
权利要求书
1.一种降解废水的微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，其特征在于，所述阳极室装有废水和培养液作为阳极液，所述废水含有木糖和/或葡糖糖，所述培养液含有核黄素，所述阳极室接种奥奈达希瓦氏菌MR-1。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述核黄素的浓度是0.1~0.3mmol/L。
3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述培养液包括M9盐溶液、Wolfe's微量矿物元素溶液、Wolfe's维生素溶液。
4.根据权利要求3所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述M9盐溶液、Wolfe's微量矿物元素溶液、Wolfe's维生素溶液的体积比为10~20：1：1。
5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述木糖和/或葡糖糖在阳极液中的总浓度是1~20g/L。
6.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阴极室装有阴极液，所述阴极液为铁氰化钾磷酸盐缓冲溶液。
7.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述微生物燃料电池还包括阳极电极、阴极电极、质子交换膜和外接电路。
8.根据权利要求7所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阳极电极为1×2cm2的碳布，所述阴极电极为2×3cm2的碳布。
说明书
一种降解废水的微生物燃料电池
技术领域
本发明涉及微生物燃料电池，具体涉及一种降解葡萄糖废水产生电能的微生物燃料电池。
背景技术
随着人类的进步与发展，对能源的需求越加强烈，为了解决能源问题，人类在积极的寻求新型能源方式。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)是利用微生物催化降解有机物产生电能的新型装置，可同时实现废物处理和能源利用，其基本原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。理论上可生物降解的物质都可作为微生物燃料电池的燃料，因此选择合适的微生物，微生物燃料电池就可利用生物质产电，特别是人类生活以及工业生产所产生的废水、废物等有机质。微生物燃料电池具有反应条件温和，不需要进行废气处理等优点。
葡萄糖是自然界中分布最广且具有重要生物功能的有机化合物，广泛应用于食品、医药、化工和微生物发酵等行业，并随着废水的排放进入环境中，许多的工业废水的COD主要是由葡萄糖引起的，成为重要的环境有机污染源。因此，这些有机废水的可再生利用成为环境治理的一个重要挑战。
已有研究表明，某些微生物可在MFC中可以利用葡萄糖产生电能，但是这些MFC产电性能较差，产电量较低，影响其应用前景，因此需要开发一种更高效的微生物燃料电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种产电量较高、性能优异的微生物燃料电池。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种降解废水的微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述阳极室装有废水和培养液作为阳极液，所述废水含有木糖和/或葡糖糖，所述培养液含有核黄素，所述阳极室接种奥奈达希瓦氏菌MR-1。
进一步地，所述核黄素的浓度是0.1~0.3mmol/L，该浓度是核黄素在培养液中的浓度。
进一步地，所述培养液包括M9盐溶液、Wolfe's微量矿物元素溶液、Wolfe's维生素溶液。
进一步地，所述M9盐溶液、Wolfe's微量矿物元素溶液、Wolfe's维生素溶液的体积比为10~20：1：1。
进一步地，所述木糖和/或葡糖糖在阳极液中的总浓度是1~20g/L。
进一步地，所述阴极室装有阴极液，所述阴极液为铁氰化钾磷酸盐缓冲溶液。
进一步地，所述微生物燃料电池还包括阳极电极、阴极电极、质子交换膜和外接电路。
进一步地，所述阳极电极为1×2cm2的碳布，所述阴极电极为2×3cm2的碳布。
M9盐溶液的配方为：0.5g/L NaCl、3g/L KH2PO4、17.8g/L Na2HPO4·12H2O、1 g/L NH4Cl。
Wolfe's微量矿物元素溶液的配方为：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维生素溶液的配方为：维生素H 2.0 mg/L、维生素B 2.0 mg/L、维生素B6 10 mg/L、维生素B1 10 mg/L、维生素B2 5.0 mg/L、烟酸5.0 mg/L、维生素B3 5.0 mg/L、维生素B12 0.1 mg/L、对氨基苯甲酸5.0 mg/L、硫辛酸5.0 mg/L。
阳极液中用M9盐溶液将木糖和/或葡糖糖、核黄素稀释至所需浓度;阳极液的OD600约2.5。
铁氰化钾磷酸盐缓冲溶液的配方为：16.47g/L铁氰化钾、3.73g/L KCl、17.8g/L Na2HPO4·12H2O、3g/L KH2PO4。
本发明有以下有益效果：
本发明的微生物燃料电池接种奥奈达希瓦氏菌MR-1，能够利用微生物燃料电池中的葡萄糖生长并产电，在阳极液中外加核黄素，以核黄素为电子中介体，大幅度提高电压和功率密度、降低内阻，并能更高效去除溶液中的葡萄糖，使微生物燃料电池的产电量更高，性能更优，微生物燃料电池的最大功率达到319.9mW/m2，是不加核黄素的10倍。
微生物燃料电池将阳极溶液的葡萄糖降解为乙酸、甚至是二氧化碳，并同时输出电能，达到废水处理和资源再利用效果。本发明的MFC产电量较高，对于各种葡萄糖废水的处理具有很好的应用前景。
