[发明专利]一种植物‑微生物燃料电池装置及运行方法

权利要求书

1.一种大田植物-微生物燃料电池装置，其特征在于：包括植物-微生物燃料电池箱体、大田植物(水稻)、一对平行放置氮掺杂石墨烯修饰的生物电极、布水板、污泥床(大田底泥基质)、金属导线、水泵等。

所述电池装置结构自下而上分别为：布水板、污泥床、布水板上部及污泥床之间设置可以调节电极位置的电极固定装置，设置一对平行放置的生物电极，生物电极通过导线封闭通道内的金属导线与外部电化学工作站连接形成回路，箱体外侧设置一个进水泵，与装置底部进水管道相连，以保持水土饱水量设置进水流量。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述的生物阳极包括若干个阳极电极单元组合而成，所述的单个单元阳极电极为氮掺杂石墨烯修饰的泡沫镍电极，间隔一定距离放置，再通过耐腐蚀金属导线材料首尾连接，形成一个串联生物阳极，生物阴极为一块氮掺杂石墨烯修饰的泡沫镍电极，固定在土体表层与阳极部分平行放置，使用的金属导线皆为导电钛线。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述的植物-微生物燃料电池箱体通过螺栓固定DC探头、ORP计探头、pH探头，通过导线分别与数据采集器、氧化还原电位检测仪、pH检测仪连接，用于实时监测箱体内部电流电压变化、ORP、pH指标。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：装置的电极间距、尺寸调节可以通过改变可拆卸的电极固定装置规格及采用相应尺寸的生物电极实，通过在箱体外侧设置不同高度的安装卡扣，调节电极面积以及高度。

5.根据权利要求2所述的阳极电极单元的数量、间距和面积大小可变，所述两电极板间间距和面积比可通过移动可拆卸电极固定装置外侧的卡扣发生变化；经过实验对大田植物(水稻)1-10平方米面积进行研究，经过反复实验确定当两电极板间间距20cm，面积比1:1时最优。

6.根据权利要求2所述的阳极电极单元制备方法，将H₂SO₄与HNO₃以体积比1:2混合于圆底烧瓶中，在冰浴和磁力搅拌下加入天然鳞片石墨，缓慢加入KClO₃，反应96h，用去离子水稀释，加入质量分数为5％的HCl浸泡6h，抽滤洗至中性，超声1h，加入NaOH絮凝，抽滤并用无水乙醇洗至中性后干燥，与尿素混合研磨，放入管式电炉，氩气氛围下热解；取出样品分散在水中并放入处理过的泡沫镍，放入水浴锅，控制反应温度为60℃，浸泡6h，取出泡沫镍晾干，由此制成氮掺杂石墨烯电极材料，即电极。

7.根据权利要求1所述生物电极的报备方法，将制得的电极埋入取自常州市污水处理厂的厌氧污泥中，每天投加营养液，5天后电极表面会覆盖一层厚厚的生物膜，由此生物电极报备完成。