[发明专利]一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法

权利要求书

1.一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)基质制作：取河畔湿地的泥土经风干后，研碎过筛得到栽培植物用的基质；

(2)植物材料与繁殖培养：选取合适的植物，将其置于盛有沙土的容器中培养；

(3)构建不含离子交换膜的单室空气阴极：以不透光、不导电的容器为反应器，选石墨毡、碳布、含铂催化剂复合材料中的一种或几种作为阴、阳电极，每个电极插入钛丝、银丝、铜丝、铝丝或铁丝作为导线，反应器底部覆盖基质，阳极置于基质上，再覆盖基质，阴极置于基质表面，将步骤(2)培养的植物取出，穿过阴极栽种于基质中，反应器内注满水；

(4)记录电压值，测定阴极电位、阴极区pH值和溶解氧浓度，测定根系泌氧率，计算根系孔隙度，计算阳极电位值；

(5)观察根系结构：对根系结构进行观察；

(6)数据统计和处理分析：绘制电压变化动力趋势图、输出电压和环境温度变化趋势图、阴极电位变化趋势图、阴极区pH值变化趋势图、阴极区溶氧浓度变化趋势图、阳极电位变化趋势图、根系结构图，得到溶解氧浓度、根系泌氧率、根系孔隙度、阳极电位值数据；

(7)确定适宜构建的植物类型和环境条件：植物根系泌氧率低、环境温度适宜生长、阴极区pH值维持在低水平、阴极区溶氧浓度高，通过选择调控手段，实现植物-微生物燃料电池的构建。

2.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(1)中所述泥土采自河畔湿地50cm深度以下，且研碎过20～100目筛。

3.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(2)中培养的植物选取其芽茎段或幼苗，所述植物为能耐水湿环境且生长健康的植物，所述沙土含有有机质含量少于2％。

4.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(3)中的所述反应器为黑色塑料桶。

5.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(3)中的所述阴、阳电极为石墨毡。

6.根据权利要求5所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(3)中的所述导线为钛丝。

7.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(4)中使用万用表每隔10min记录一次电压数据；分别将连接有电压表的银/氯化银参比电极和pH值/溶解氧仪置于阴极表面，测定其阴极电位、阴极区pH值和溶解氧浓度；采用柠檬酸钛比色法和比重瓶法分别测定根系泌氧率与阳极电位值。

8.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(5)中取所述步骤(2)中的植物根系切成小段，经FAA固定液固定、乙醇梯度脱水、透明、浸蜡包埋、切片机切片、脱蜡、复水、染色、封片、镜检步骤，对根系结构进行观察。

9.根据权利要求1所述的一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法，其特征在于：步骤(6)中所述电压变化动力趋势图、输出电压和环境温度变化趋势图、阴极电位变化趋势图、阴极区pH值变化趋势图、阴极区溶氧浓度变化趋势图、阳极电位变化趋势图均采用Excel软件进行数据统计和处理，分析和明确pH值和溶解氧浓度与阴极电位及输出电压的相关性；结合根系结构图、根系孔隙度和根系泌氧率，分析三者与阳极电位的相关性，明确根系结构生理与输出电压的相关性。