[发明专利]一种微生物燃料电池及其构建方法与应用

说明书

本发明提供了一种微生物燃料电池及其构建方法与应用，所述微生物燃料电池包括阳极室，所述阳极室内填充固态发酵体系，包括固体吸附载体和微生物。本发明采用固态发酵与燃料电池的耦合，能够在发酵产化学品的同时进行发电，实现了化学品和电的联产；采用固体吸附载体，其不仅能重复使用，不会出现电子载体被消耗的情况，还能提高微生物的抗逆性，进而提高微生物菌体密度，提升发酵产物的产量；来源于生物质的糖源和代谢活性的微生物燃料电池，在各批次或连续发酵中能保持稳定，进而保障了输出电能的稳定。

技术领域

本发明属于微生物电化学领域，涉及一种微生物燃料电池，尤其涉及一种微生物燃料电池及其构建方法与应用。

背景技术

生物发酵行业是重要的民生产业，在生物制造产业中占据重要地位。生物发酵工业主要通过微生物将有机物转化为高附加值产品。该产品涉及有机酸、醇、氨基酸、酶制剂、维生素、抗生素、药物和其他化学品。近几年，新型微生物厌氧能量代谢方式-胞外呼吸被发现。具有这种胞外呼吸的微生物可以在代谢活动中产生电子，传递到固体上形成电流。这就意味着在发酵过程中微生物不仅可以产生高附加值化学品，还可以发电，改变了人们以往对于发酵产品单一化的认知。然而，这一部分能量在传统的发酵产业中未能被有效利用，造成了资源的浪费。微生物燃料电池是一种新型绿色发电方式，是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。

CN 112390374A公开了一种可以提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，该方法通过固定化微藻提高了其产电性能且增大了对氮磷污染物的吸附量。但是污水中营养成分复杂且各批次之间差异性大，从而导致电能输出的起伏性大，难以利用。此外，液态基质中存在电子传递速率低、易泄露及安全性差等问题，很大程度上限制了微生物燃料电池耦合发酵的应用。

CN 105647981A公开了一种通过电化学系统强化微生物菌体利用甘油的方法及其应用，包括菌种活化、种子培养和厌氧发酵步骤，所述厌氧发酵采用电化学发酵，在发酵培养基中添加电子载体，所述电子载体为具有氧化还原对特性的化合物；CN 108103136A公开了一种通过电化学系统强化微生物菌体生产丁二酸的方法及其应用，包括菌种活化、种子培养和厌氧发酵步骤，所述厌氧发酵采用电化学发酵，在发酵培养基中添加电子载体，所述电子载体的浓度为0.1~1.0mmol/L；上述公开的电子载体在发电过程中不断被消耗，需要定时补充，不能被重复利用。

基于以上研究，如何提供一种微生物燃料电池，其中微生物载体能有效提高胞外电子传递速率，提高微生物的抗逆性，进而提高菌体密度，且不会被消耗，能重复使用，所述微生物燃料电池可实现在发酵产出化学品的同时进行发电，实现化学品与电能的联产，成为了目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物燃料电池及其构建方法与应用，微生物燃料电池中的微生物载体能与微生物相互作用，有效提高胞外电子传递速率，提高微生物的抗逆性，进而提高菌体密度，且不会被消耗，能重复使用，所述微生物燃料电池可实现在发酵产出化学品的同时进行发电，实现化学品与电能的联产。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括阳极室，所述阳极室内填充固态发酵体系，包括固体吸附载体和微生物。

本发明采用固体吸附载体作为微生物载体，其能与微生物相互作用，提高微生物的抗逆性，进而提高微生物菌体密度，提升发酵产物的产量；同时，固态吸附载体可以有效提高胞外电子传递速率，且不会被消耗，能够重复使用；此外，将燃料电池与固态发酵相耦合，可实现在发酵产出化学品的同时进行发电，实现化学品与电能的联产。

优选地，所述阳极室还包括阳极电极和培养基。

优选地，所述固体吸附载体浸入培养基中。

优选地，所述固体吸附载体包括碳毡和海绵的组合、碳毡和纱布的组合或碳毡和无纺布的组合。