[发明专利]微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及生物新能源技术领域，特别涉及微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法，以及微生物发酵玉米秸秆水解液生物燃料电池。

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传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

但是目前的微生物燃料电池技术中的微生物都是利用纯的化合物来产电，如葡萄糖，乙醇等。利用农业废弃物，如玉米秸秆，还未见相关文献公开。

发明内容

本发明的目的是提供一种微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法，以将农业废弃物玉米秸秆通过生物工程的方式转化为电能，实现绿色产电的同时实现农业废弃物的高效资源化利用。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法，所述微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法包括：

将玉米秸秆水解得到玉米秸秆水解液；

用热醋穆尔氏菌菌液在厌氧环境发酵玉米秸秆水解液得到培养液；

将所述培养液和硫还原地杆菌菌液注入用质子交换膜隔离的双室容器，厌氧环境下反应，从双室容器的电极输出电能。

优选地，所述玉米秸秆水解包括用 1% H₂SO₄ 与玉米秸秆混合反应，1% H₂SO₄和玉米秸秆的质量比为1：5～15，反应温度110℃～130℃，反应时间20分钟～40分钟。

优选地，所述热醋穆尔氏菌菌液和所述硫还原地杆菌菌液分别由热醋穆尔氏菌和硫还原地杆菌在培养基振荡培养得到，所述培养基由10 g/L 木糖，1.0g (NH₄)₂SO₄, 0.25g MgSO₄·7H₂O, 0.04 g Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O, 0.24 mg NiCl₂·6H₂O, 0.29 mg ZnSO₄·7H₂O, 0.017 mg Na₂SeO₃, 0.25 g cysteine·HCl·H₂O, 5g 酵母提取液, 7.5 g KH₂PO₄, 4.4 g K₂HPO₄, 0.415 g NaOH, 5g NaHCO₃ 构成。优选地，所述振荡培养在恒温摇床进行，反应温度为50℃～70℃，摇床转速80rpm～120 rpm，培养时间为20小时～30小时。

优选地，所述的用热醋穆尔氏菌菌液在厌氧环境发酵玉米秸秆水解液包括：

调节玉米秸秆水解液的pH值至6.7～6.9；

按体积比1：8～12，将热醋穆尔氏菌菌液接种至玉米秸秆水解液；

注入N₂-CO₂混合气体；

50℃～70℃恒温振荡培养4～6天；

离心去除微生物，获得培养液。

优选地，所述培养液和硫还原地杆菌菌液的体积比为27：1～3。

本发明还提供了一种微生物发酵玉米秸秆水解液生物燃料电池，所述生物燃料电池包括：用质子交换膜隔离的双室容器，设置在双室容器两个室的阳极和阴极，以及所述双室容器中的N₂-CO₂混合气体、硫还原地杆菌菌液以及用热醋穆尔氏菌发酵玉米秸秆水解液得到的培养液。

在上述的微生物发酵玉米秸秆水解液生物燃料电池中，优选地，所述培养液和硫还原地杆菌菌液的体积比为27：1～3。

在上述的微生物发酵玉米秸秆水解液生物燃料电池中，优选地，所述阳极由浸渍1 M HCl 的40%防水碳布制成，所述阴极由浸渍1 M HCl 的含0.5 mg/cm² 铂金的40%防水碳布制成。