[发明专利]一种含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法

权利要求书

1.一种含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法，其特征在于具体过程为：

（1）含重金属小麦籽粒的液化，将含重金属小麦籽粒用去离子水清洗干净、烘干，用打粉机将其打成粉末，过80目筛子除去大部分麸皮得到小麦粉备用，将小麦粉加入到去离子水中，其中小麦粉与去离子水的投料配比为1g:20mL，然后放到恒温磁力搅拌器上持续搅拌，将温度升至73±2℃并保持30分钟使淀粉糊化，用稀硫酸或稀盐酸将淀粉糊化液的pH调至5.6~6.0，再将温度升至90±2℃并保持20分钟，之后将温度降至70±2℃，再加入0.5g α‒淀粉酶并保持30分钟使淀粉水解液化，用碘液检测淀粉水解液化溶液中的淀粉含量直至遇碘液不显色为止，最后将液化后的混合液冷却到室温并沉淀放置24小时，将上清液转入试剂瓶，标记为含重金属小麦籽粒水解液，放入4℃冷藏柜中保存备用；

（2）微生物燃料电池的组装及启动，微生物燃料电池主要由电池筒体、碳刷阳极、阳极导线钛丝、阳极端盖、空气阴极、阴极导线钛丝和阴极端盖组成，其中碳刷阳极在安装之前依次用丙酮和1mol/L盐酸溶液浸泡12小时，并用去离子水冲洗至pH呈中性，空气阴极采用碳纸材料，其与空气接触的一侧涂有聚四氟乙烯疏水层，厚度为20~30μm，另一侧涂布有铂碳催化剂，其中铂的负载量为0.35~0.50mg/cm²，微生物燃料电池的启动采用城市污水处理厂的二沉池剩余污泥为接种物，将0.75g葡萄糖溶入1L磷酸盐缓冲溶液中作为电解液，该磷酸盐缓冲溶液中包含NH₄Cl、NaH₂PO₄·H₂O、Na₂HPO₄·H₂O、KCl和微量元素，再向电解液中鼓入高纯氮气至少15分钟以赶出电解液中的溶解氧，然后将其注入微生物燃料电池内，微生物燃料电池工作环境温度为22±3℃，外接电阻为1000Ω，监测电阻两端的电压，当电压低于50mV时，完全更换微生物燃料电池内的电解液，待电阻两端最高电压稳定三个周期，微生物燃料电池启动成功；

（3）微生物燃料电池利用含重金属小麦籽粒水解液产电，将含重金属小麦籽粒水解液用上述磷酸盐缓冲溶液稀释，然后将稀释后的混合液注入成功启动的微生物燃料电池内，附着在碳刷阳极上的微生物新陈代谢氧化含重金属小麦籽粒水解液中有机物夺得电子并生成质子，所得电子从微生物转移到碳刷阳极上，电子通过电路达到空气阴极，同时生成的质子也达到空气阴极，空气中的氧气自由扩散穿过空气阴极到达空气阴极的内侧表面上，质子、电子和氧气结合生成水，在获得电能的同时，由于微生物代谢分解而使得含重金属小麦籽粒水解液中的有机物浓度降低，并且由于微生物的群落不断驯化具有电化学性质的微生物在电极表面被富集起来，通过微生物的分解代谢降低有机物浓度的同时获得电能。

2.根据权利要求1所述的含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法，其特征在于：所述电池筒体的一端设有环形凹槽，环形凹槽内依次安装空气阴极和密封圈后通过阴极端盖压紧密封，该空气阴极与阴极导线钛丝连接，电池筒体的另一端通过密封圈和阳极端盖压紧密封，阴极端盖和阳极端盖之间形成燃烧室，阳极端盖的中部通过绝缘胶密封固定有阳极导线钛丝，该阳极导线钛丝与设置于燃烧室内的碳刷阳极连接，碳刷阳极与空气阴极之间的间距不小于0.5cm，阴极导线钛丝和阳极导线钛丝分别通过导线与电阻的两端连接形成回路。

3.根据权利要求2所述的含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法，其特征在于：所述碳刷阳极的直径为2.5cm，长度为2.5cm，微生物燃料电池燃烧室的直径为3cm，长度为4cm，容积为28mL。

4.根据权利要求2所述的含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法，其特征在于：所述电池筒体的上部设有用作参比电极及其他传感器探头插入、采样分析和燃料注入的取样口，微生物燃料电池运行时采用硅胶塞将取样口密封。

5.根据权利要求1所述的含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法，其特征在于：所述磷酸盐缓冲溶液包括0.31g/L NH₄Cl、19.88g/L NaH₂PO₄·H₂O、11g/L Na₂HPO₄·H₂O、13g/LKCl、2.0mg/L氨三乙酸、3.0mg/L MgSO₄、0.5mg/L MnSO₄、1.0mg/L NaCl、0.1mg/L FeSO₄·7H₂O、0.1mg/L CaCl·2H₂O、0.1mg/L CoCl₂·6H₂O、0.13mg/L ZnCl₂、0.01mg/L CuSO₄·5H₂O、0.01mg/L AlK(SO₄)·12H₂O、0.01mg/L H₃BO₃、0.025mg/L Na₂MnO₄、0.024mg/L NiCl₂·6H₂O和0.025mg/L Na₂WO₄·2H₂O。