[发明专利]一种瘤胃微生物燃料电池系统及利用水葫芦产电的方法在审
申请号: | 201710400735.7 | 申请日: | 2017-05-31 |
公开(公告)号: | CN107195939A | 公开(公告)日: | 2017-09-22 |
发明(设计)人: | 俞浩然 | 申请(专利权)人: | 俞浩然 |
主分类号: | H01M8/16 | 分类号: | H01M8/16;H01M4/86 |
代理公司: | 济南金迪知识产权代理有限公司37219 | 代理人: | 韩献龙 |
地址: | 230022 安徽*** | 国省代码: | 安徽;34 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 瘤胃 微生物 燃料电池 系统 利用 水葫芦 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种瘤胃微生物燃料电池系统及利用水葫芦产电的方法,属于固体废物资源化利用领域。
背景技术
湖泊水生植物可以去除水中的藻类、溶解性有机污染物质和氮磷等营养物质,并且能迅速吸收废水中的重金属离子,因此被广泛应用于湖泊的水质改善和水环境修复。但是,水生植物同时也危害着生态环境、加速湖泊沼泽化,并对水中的溶解氧产生影响,造成湖泊的二次污染。因而寻找高效、经济的水生植物处置技术是十分重要的。目前,水生植物的处置方法包括用作动物饲料、堆肥及厌氧生物消化等。当湖泊水生植物如水葫芦中有毒物质含量低时,前两种方法具有一定的应用价值;否则,由于食物链的富集作用,当水生植物用作动物饲料或堆肥时会对人、畜等带来危害。并且,由于水生植物中木质纤维素结构复杂,不易于生物降解及转化,需要先经过复杂的预处理工艺将其转化为低分子物质才能被微生物所利用,因而研究直接处理水生植物秸秆的方法尤为重要。
微生物燃料电池(MFC)是一种新型的环境修复生物技术,该技术可以实现废物处置与能源回收。将植物秸秆等废弃物作为微生物燃料电池的底物,以电能的形式回收其中含有的能源,将有利于有效的解决水生植物处理问题。目前,已有相关报道,如:中国专利文献CN 104611262 A公开了一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用,该发明提供的产电菌能够以资源丰富的纤维素为底物进行发电,将其应用于微生物燃料电池中,适应性强、产电电压大,具有较高经济价值和广阔的使用前景;但该发明需要先进行菌株的纯化和筛选,步骤较为繁琐,且其直接以纤维素为底物,未公开对植物秸秆降解的相关数据。又如中国专利文献CN 101188306 A公开了微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法,该发明的微生物燃料电池由容器、催化阳极、阳极导线、空气阴极、阴极导线、阴极盖和密封盖组成;利用秸秆发电的方法包括步骤如下:秸秆的预处理;秸秆的解毒处理,得到秸秆固体底物和秸秆液体底物;电池的启动;处理秸秆固体底物或秸秆液体底物。该发明无污染,缓解了能源危机并且农村秸秆得到了有效利用;但该发明需要对秸秆进行预处理,步骤繁琐,成本较高,且降解能力有限。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供一种瘤胃微生物燃料电池系统,该电池系统是将能降解纤维素、半纤维素的瘤胃微生物和微生物燃料电池整合于一体的固体废物资源化装置,该装置管理维护简单、成本低。
本发明还提供一种采用上述瘤胃微生物燃料电池系统以水葫芦为底物进行产电的方法,通过瘤胃液中的微生物将水葫芦秸秆中纤维素、半纤维素降解,可以有效的将其转化为电能,实现固体废物的资源化。
术语说明:
瘤胃:瘤胃是反刍动物的第一胃,是迄今已知的降解纤维物质能力最强的天然发酵罐。
瘤胃液:瘤胃液是从反刍动物的瘤胃内取出的瘤胃内容物,包含经口腔进入的食糜,瘤胃分泌物与脱落的组织。
本发明的技术方案如下:
一种瘤胃微生物燃料电池系统,包括阳极腔室和阴极腔室,其特征在于,阳极腔室和阴极腔室通过连通管道相连接,所述连通管道内设有质子交换膜;所述阳极腔室内装有阳极液,并设置有阳极电极;所述阴极腔室内装有阴极液,并设置有阴极电极;所述阳极电极和阴极电极通过导线与外电阻连接形成闭合回路;所述阳极电极和阴极电极通过导线与数据采集系统相连接,所述数据采集系统与电脑相连接;所述阳极液包含瘤胃液和培养基。
根据本发明优选的,所述瘤胃液是山羊进食2-5小时后,从山羊瘤胃内取出的瘤胃液。所述瘤胃液中包含有食物残渣;所述质子交换膜可市购获得。
根据本发明优选的,所述培养基的组成如下:K2HPO4 400-500mg/L,KH2PO4 400-500mg/L,NaCl 800-1000mg/L,(NH4)2SO4 200-400mg/L,CaCl2·2H2O 100-150mg/L,MgSO450-150mg/L。
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