[发明专利]一种用于构建植物-微生物燃料电池的方法

说明书

本发明涉及一种用于构建高效植物‑微生物燃料电池的方法，通过构建不含离子交换膜的单室空气阴极，以输出电压作为产电性能的评价指标，并测定与输出电压相关的参数指标：如电极电位、输出电压、阴极区pH值、阴极区溶解氧浓度、环境温度、植物根系孔隙度及泌氧率，通过分析各项参数指标与输出电压的相关性，筛选适合构建高性能植物‑微生物燃料电池的环境条件和植物类型。该方法通过对不同影响因子与产电性能相关性进行分析，确定了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，实现新型高性能植物‑微生物燃料电池的构建。

技术领域

本发明涉及植物-微生物燃料电池领域，具体涉及一种用于植物-微生物燃料电池的方法。

背景技术

全球能源危机和环境问题愈演愈烈，寻求和开发绿色高效可再生新能源已引起全世界的广泛关注。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种既可处理环境污染又可以产生电能的新型的清洁能源技术，它以微生物作为催化剂，代谢环境物质(有机物和部分无机物)，释放电子，经外电路实现化学能转化成电能。植物-微生物燃料电池(Plantmicrobial fuel cell,P-MFC)是将植物引入微生物燃料电池的一种新型燃料电池，它以植物光合作用产生的根系分泌物作为土壤产电微生物的电子的供体，将太阳能持续不断地转化为电能，是一种能耗少、无污染、持续性好、具有自我修复能力、可再生的绿色能源。

目前P-MFC产电性能不理想的一个重要原因在于人们对影响P-MFC产电性能的因素及其作用机制缺乏了解。在P-MFC中，植物根系结构和生理性状(如根系泌氧性能、根系分泌物等)、电极所处的环境条件(如pH值、溶氧浓度、微生物群落等)都有可能是影响P-MFC产电性能的重要因素。这些因素如何影响P-MFC的产电性能尚待深入研究。为完善P-MFC技术，进一步提高其产电性能，本发明拟通过对影响P-MFC产电性能参数指标的测定和相关性分析，筛选适宜构建P-MFC的植物类型和环境条件，通过选择调控手段，实现高性能P-MFC的构建。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种构建植物-微生物燃料电池物-微生物燃料电池的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明公开了一种构建植物-微生物燃料电池的方法，其具体步骤为：

(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，获得溶解氧浓度、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，通过选择和调控等手段，实现新型高性能植物-微生物燃料电池的构建。