[发明专利]一种高效电聚合L-精氨酸修饰电极及提高微生物电化学系统性能的方法

权利要求书

1.一种提高微生物电化学系统性能的方法，其特征在于：构建三电极电化学体系，其中工作电极包括碳布、碳毡、碳刷、石墨毡、石墨片或石墨棒，配置含L-精氨酸电解液，其中每升电解液包含10mM的精氨酸、10mM的NaCl、50mM的磷酸盐缓冲液，所述磷酸盐缓冲液的pH为9，利用循环伏安法操作参数，其中扫描范围0.5V-2V，扫速10mV/s，扫描圈数10圈，通过循环伏安法在工作电极表面高效电聚合L-精氨酸，得到聚L-精氨酸修饰电极，利用聚L-精氨酸修饰电极代替未修饰电极，作为微生物电化学系统中电化学活性微生物附着的电极，其中微生物电化学系统包括微生物燃料电池或微生物电解池，启动和运行微生物电化学系统，实现提高微生物电化学系统的运行性能；所述方法的原理具体为：L-精氨酸带有2个氨基，是等电点最高的无毒天然氨基酸，在中性或接近中性的pH条件下，L-精氨酸能够电离带有正电荷，同时，利用所述含L-精氨酸电解液和所述循环伏安法操作参数，L-精氨酸能够在电极表面高效电聚合形成聚L-精氨酸，而聚L-精氨酸具有良好的导电性和亲水性，因此，由于微生物电化学系统中电化学活性微生物带负电，利用电聚合L-精氨酸修饰微生物电化学系统中电化学活性微生物附着的电极，不仅能够增加电极的导电性，同时还能够增加电极表面氨基含量和正电荷进而增加电极的正电性，提高电化学活性微生物与电极的静电吸引作用，促进电化学活性微生物在电极表面的吸附，加速生物膜的形成并增加生物膜的生物量，提高微生物电化学系统的运行性能。

2.如权利要求1所述的一种提高微生物电化学系统性能的方法，其中聚L-精氨酸修饰电极的具体制备步骤如下：

(1)构建含有工作电极、对电极和参比电极的电化学池，电化学池工作体积为10mL，工作电极通过电极夹固定，对电极和参比电极分别采用1cm×1cm铂片电极和Ag/AgCl参比电极；

(2)将含有L-精氨酸的电解液加入电化学池，每升电解液中含有50mmol的磷酸氢二钠、10mmol的NaCl和10mmol的精氨酸；

(3)将电化学池与多通道恒电位仪连接，在25±0.5℃条件下通过循环伏安法扫描，在工作电极表面电聚合L-精氨酸，循环伏安法的扫描范围-0.5V-2V、扫速10mV/s、圈数为10圈、扫描初始方向为正向扫描、静止时间为0s；

(4)循环伏安法扫描完成后，得到聚L-精氨酸修饰电极，将聚L-精氨酸修饰电极代替未修饰电极作为微生物电化学系统中电化学活性微生物附着的电极，能够提高微生物电化学系统的运行性能。