[发明专利]以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池领域，具体涉及以水浮莲粉末悬浮液作为微生物电池的阳极底物。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial fuel cell，简称MFC)是一种特殊的燃料电池,利用微生物(Microbe)作为生物催化剂,直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置。MFC可以利用不同的碳水化合物,同时也可以利用废水中含有的各种复杂物质。它能是一种利用细菌作为催化剂，氧化有机或无机物质，同时产生电流的装置。细菌与底物作用产生的电能转移到阳极上（负极端）然后通过外电路，经过带有电阻的导电材料或者带动负载工作，最终电流留到阴极（正极端）。依据惯例，带正电荷的电流从正极出发流通至负极，与电子流动方向正相反。这种装置必须能够使在阳极上氧化的底物得到持续的或间歇的补充，否则这个电池只能作为一个生物电池。

目前，现有的微生物燃料电池设备一般采用双式或单式结构，单室型和双室型均可稳定地输出电能，而国内外多数微生物燃料电池研究的是以有机废水、污泥、植物根系分泌物等物质作为阳极底物，其运用具有较为狭窄的地域性，处理成本较高，对环境要求较为苛刻，这些都大大制约了微生物燃料电池的发展。

水浮莲的中文学名为凤眼莲，又名水葫芦、水葫芦苗、凤眼蓝，拉丁学名为Eichhornia crassipes，英文名 ：water hyacinth。单子叶植物纲、鸭蹠草目、雨久花科、凤眼莲属的凤眼莲，是一种繁殖能力极强的水上浮生植物。由于水浮莲生长的适宜温度是28~30度，因此在我国南方生长旺盛，0.07公顷水面的水浮莲约有13万株（约1.8~2.5万吨）。特别是近年来，由于气候和环境的不断恶化，水浮莲在世界各地和我国华南、华东、华中和华北地区生长泛滥，其被视为一种污染环境的有害生物，困扰着我国绝大多数南方城市，由于水葫芦繁殖快，易在生长区内形成优势物种，导致其它水生植物的减少甚至消灭，并且会降低光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长。当水葫芦大量繁殖时，就会造成严重的环境和社会问题，包括阻断航道，影响航运和排泄；限制水体流动，破坏水生生态环境；破坏饮水资源；加大水的蒸发量，造成水源流失等。

目前，水浮莲主要是作为城市垃圾处理，不仅造成了资源和资金的浪费，而且易腐烂和产生高浓度有机废水，严重污染环境。现有技术中已存在一些处理水葫芦的方法，例如，专利号：201310445200涉及提取制备低聚木糖的方法；申请号：201310241578.1涉及水浮莲提取蛋白酶粉；专利号：200910212677涉及利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，其中在强化处理中接种乳酸菌种子液，最后发酵等步骤得到有机肥。

为解决水浮莲产生的危害，研究者们对水浮莲进行资源化开发，包括利用水浮莲生产动物饲料，制备生物有机肥和用于生物能源等。但是，水浮莲的这些资源化开发需要投入大量的开发成本，水浮莲的利用率低，产生的附加值低。所以如果能高效处理打捞出来的水浮莲，将大大提水浮莲的废物利用率。

发明内容

本发明的主要目的就是在现有技术的基础上，设计出新型的以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池。本发明把水浮莲与微生物燃料电池结合在一起，通过以水浮莲粉末悬浮液作为微生物燃料电池的阳极底物，利用微生物对阳极液中的有机底物的作用而产生电能，本方法环境友好，具备产能以及水浮莲废物利用两方面的效果，从而为微生物燃料电池产电的同时利用水浮莲开辟了一种新的方法。

本发明提供的技术方案是：一种以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池，其由两个亚克力有机玻璃的半开合盒子拼接而成，中间为两片夹着质子交换膜的橡胶软垫，由螺母螺片固定，质子交换膜把电池分隔成阴阳两极室，所述两个极室结构相同且呈现轴对称状，每个极室相对着质子膜的另一面有机玻璃壁下方都具有一个小孔，用环氧树脂粘连着一条排液用的塑料导管，由止水夹夹紧防漏。

进一步地，所述的微生物燃料电池，每个极室上方都有三个孔，靠每个极室中间的是大孔，插入用胶塞固定好的电极，大孔左边的一个大孔，是用来添加溶液用的，不使用时用塞子塞住；中间的大孔后方有个小孔，其中阳极室的那个小孔用来插入参比电极的，阴极室的那小孔既是用来插入参比电极，又是插入气泵导管的插口。

进一步地，所述阳极室还有一粒四氟磁力搅拌子。

所述的微生物燃料电池，所述阳极溶液的组成：水浮莲粉末悬浮液，降解水浮莲的细菌，缓冲剂，亚甲基蓝；其中，添加细菌进入微生物燃料电池的方法：把菌液从恒温培养箱转至超净工作台，把液体培养基摇匀后，用移液枪反复吸取菌液快速加入微生物燃料电池的阳极室中，加入完马上盖上胶塞，开始运行电池。