[发明专利]一种单室无介体藻类微生物燃料电池构建方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源领域，更具体涉及一种单室藻类微生物燃料电池的构建方法，同时还涉及一种单室藻类微生物燃料电池装置，该装置可用于处理生活污水及工业有机废水，同时产生电能，可作为电源使用。 

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜或自由扩散传递到阴极，电子受体在阴极得到电子被还原与质子结合成水。由于微生物生长速率快，对环境变化的耐受限度高，可利用有机物作为电子供体，这些特性为该电池构建提供了良好的条件。20世纪90年代末，应用MFC技术处理废水主要集中在有机物浓度较高，毒性较低的工业废水如乳酸废水，造纸废水，淀粉废水等；此后，由于COD较低的生活污水也可实现较高的电子转换效率，MFC技术也用于处理生活污水。近年来，处理高毒性，高色度，高盐度的有机染料废水逐渐成为MFC技术致力解决的热点之一。尽管如此，微生物燃料电池依然有许多需要改进的地方。首要问题就是成本太高，主要包括昂贵的电极材料和催化剂，需加入电子中介体和阴极电子受体，以及需要质子交换膜以区分阴阳极反应等。同时，许多微生物仅能附着于阳极表面进行产电的特性也限制了微生物燃料电池效率的提高。因此，构建较高效率，成本较低，且具实用性的微生物燃料电池具有重要意义。 

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是在于提供了一种单室无介体藻类微生物燃料电池构建方法，方法操作简单，适应性强，同时达到有效降解有机污染物和产生电能，对外界条件依赖较小的新型高效微生物燃料电池。材料廉价易得，无需质子交换膜和电子中介体；阴极电子受体可由微生物自身产生，同时可利用有机污染物为电子供体，且价格低廉。 

本发明的另一个目的是在于提供了一种单室无介体藻类微生物燃料电池的装置，结构简单，使用方便，可利用太阳能进行工作，无需外部提供能量，在降解有机污染物的同时还可产生电能。 

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施： 

其技术构思是：装置包括透明玻璃容器，阴极，阳极及外电路四部分。以从自然水体中筛选的藻类微生物(如两栖颤藻或小球藻)降解偶氮染料作为电子供体来构建微生物燃料电池，无需额外加入葡萄糖或有机酸盐等传统碳源。藻类微生物为光能自养型生物，可产生氧气，因而不必加入电子受体。电池阴极表面涂有硝酸纤维素，可避免藻类微生物与阴极直接接触，从而提高电池库伦效率。 

一种单室无介体藻类微生物燃料电池的构建方法，其步骤是： 

A、藻类微生物的筛选，由自然水体中筛选藻类微生物，其步骤是： 

1)藻类微生物的富集：在18mm×180mm玻璃试管中加入15mL已于121℃灭菌18－22min的富集培养基，接入自然水体水样1mL，振荡均匀，加入1mL相同条件下灭菌的液体石蜡，塞入胶塞并用封口膜封口，将已封口的试管置于恒温光照培养箱中，在照度为3000lux，温度为28－32℃条件下培养7-10d至培养液呈现绿色，转移1mL该富集培养液于另一支装有新鲜灭菌富集培养液的试管中，重复以上操作4－6次； 

2)分离纯化：取1mL步骤(1)中所得富集藻类微生物培养液作10^-1，10^-2，10^-3，10^-4，10^-5，10^-6共6个稀释梯度，分别接种于半固体培养基中，混匀，加入1mL灭菌后的液体石蜡，塞入胶塞并用封口膜封口，置于恒温光照培养箱中，在照度为3000lux，温度为28-32℃条件下培养7-10d至试管中出现藻类微生物群落； 

3)藻类微生物的筛选：以660nm处吸光度作为衡量藻类微生物浓度指标，将分离得到的藻类微生物群落：两栖颤藻或小球藻，在试管中培养至A₆₆₀值在1.0后分别取1mL培养液接种于血清瓶中，加入橙黄Ⅱ染料，使浓度为5mg/L，调节体系pH值为7.2-7.5，在28－32℃下分别置于照度为3000lux光照条件下培养48h，在464nm下测量各个吸光度值，以无菌染料溶液作空白，保留降解的藻种； 

实验用培养基