CN103413958A - 一种嗜酸微生物燃料电池以及嗜酸微生物的培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物浸矿领域，具体地，本发明涉及一种嗜酸微生物燃料电池以及嗜酸微生物的培养方法。本发明的嗜酸微生物燃料电池，以嗜酸菌培养液作为阳极溶液，空气为阴极。本发明的嗜酸微生物培养方法，包括以下步骤：1）以嗜酸微生物培养液作为阳极溶液，空气为阴极，组装上升流式或杯式的微生物燃料电池；2）将步骤1）的微生物燃料电池采用连续流方式，将新鲜培养基从阳极导入，待培养液由浅绿色变为红棕色时，将培养好的嗜酸微生物培养液从阴极导出，获得嗜酸微生物。本发明将浸矿用嗜酸微生物的培养法与生物燃料电池相结合，较现有方法来说具有培养周期短、培养的微生物活性高及同时发电的优势。

Description

一种嗜酸微生物燃料电池以及嗜酸微生物的培养方法
技术领域
本发明涉及微生物浸矿领域，具体地，本发明涉及一种嗜酸微生物燃料电池以及嗜酸微生物的培养方法。
背景技术
生物冶金是一种很有前途的新工艺，投资少，能耗低，试剂消耗少，能经济地处理低品位、难处理的矿石，如金、锰、铜、镍、锌等适合用微生物进行冶炼，参与微生物冶金的微生物有很多种，主要有以下几种：氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、脱氨硫杆菌和一些异养菌、氧化亚铁硫杆菌等。目前正在从事细菌氧化工艺研究的科研单位不低于十家，先后有中国科学院微生物研究所、地矿部陕西地矿局以及包括中南大学在内几十家单位开展了这方面的研究，取得了可喜的成果。但对于浸矿用微生物的培养问题并没有好的解决方法。本领域现有技术大多采用直接从金属硫化矿及煤矿的酸性矿坑水中取样，再接种至一定量的9K培养基中进行静置培养。此方法培养时间长，菌种比较杂。
微生物燃料电池是以微生物为催化剂，将化学能直接转化为电能的装置。目前微生物燃料电池使用的菌种大多数为中性菌。而对于微生物燃料电池应用的研究，现在主要是利用其进行污水的处理。本发明基于利用无机物作能源而组装的嗜酸微生物燃料电池，可达到培养浸矿用的细菌同时产电的目的，另外可以进一步筛选培育嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱和耐磨、抗毒等专用菌种。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有浸矿用细菌培养的问题，提供一种嗜酸微生物燃料电池。
本发明的另一目的是为解决上述现有浸矿用细菌培养的问题，提供一种嗜酸微生物培养方法。
本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述电池以嗜酸菌培养液作为阳极溶液，空气为阴极。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸菌为氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、脱氨硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌中的一种或几种。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸菌培养液pH值在1～6，优选地，pH值在1.8～2.3。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸菌培养液的培养基优选为9K培养基。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸微生物燃料电池的运行温度为0～55℃，优选地，运行温度为28～35℃。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸微生物燃料电池采用无膜结构。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述嗜酸微生物燃料电池的电极材料可以包括碳毡、碳布、石墨棒、石墨颗粒或碳纳米管等中的一种。
根据本发明的嗜酸微生物燃料电池，其中，所述的微生物为自养菌，以无机盐作为燃料，所述无机盐为Leathen或9K培养基，优选为9K培养基，其主要成分如下：（NH4）2SO43.0g/L，KCl0.1g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，K2HPO40.5g/L，Ca(NO3)20.01g/L，FeSO4·7H2O44.3g/L。
一种基于上述任一嗜酸微生物燃料电池的嗜酸微生物培养方法，包括以下步骤：
1）以嗜酸微生物培养液作为阳极溶液，空气为阴极，组装上升流式或杯式的微生物燃料电池；
2）所述微生物燃料电池采用连续流方式，将新鲜培养基从阳极导入，待培养液由浅绿色变为红棕色后，将其从阴极导出。
使用上述嗜酸微生物培养方法培养的嗜酸微生物可以应用于生物浸矿，具体可以是将矿样加入从嗜酸微生物燃料电池阴极导出的培养好的微生物培养液中，进行浸矿。本发明将浸矿用嗜酸微生物的培养法与生物燃料电池相结合，较现有方法来说具有培养周期短、培养的微生物活性高及同时发电的优势。
附图说明
图1为本发明实施例的嗜酸微生物燃料电池示意图（上升流式）。
图2为本发明的嗜酸微生物燃料电池原理图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，电池的阳极加入接种了T.f菌的9K培养基，阴极为空气，石墨颗粒作为电极，组装成容积为10L的上升流微生物燃料电池，其中，含T.f菌的培养液pH值为1.8，电池周边温度为28～35℃。新鲜的9K培养基由进料口导入，待培养液由浅绿色变为红棕色，将其由出料口导出。
嗜酸微生物燃料电池的工作原理如图2所示，电池阳极接入接种了T.f菌的9K培养液，由于T.f菌在没有其他电子受体的条件下为好氧菌，所以电池阴极部分的Fe2+首先被细菌催化氧化为Fe3+，此时电池阴极的电位增大，电池阴极与阳极形成电位差，即产生电压。在电池中，细菌对Fe2+的氧化作用是由上而下逐渐进行的，所以，保持合适的流速，可使电池的电压始终保持在最大值。
新鲜的9K培养基由阳极导入，培养好的T.f菌的培养液由阴极导出，备用。
上述导出的T.f菌的培养液应用于浸矿如下：
某矿山的含砷锑金精矿，金含量为58g/t，其他主要成分如下：SiO234.31%，Fe12.5%，S7%，As8.9%，Al3.86%，Sb3.78%。矿物组成：金属矿物主要为砷黄铁矿和黄铁矿，石英为主要脉石矿物。
称取一定量的矿样，磨细至-200目占95%，然后将磨细的矿样以20%的固液比例加入无Fe的9K培养基中，接种已驯化的T.f菌，30℃下放入摇速为160r/min的震荡摇床内反应10d，再将反应后的渣子进行氰化浸金实验。
本例实施结果是：此微生物燃料电池最大稳定电压达260mV，内阻为150Ω；最终金的浸出率达98%。
实施例2
以接种了T.f菌的9K培养基为阳极，空气为阴极，石墨颗粒作为电极，组装成容积为10L的上升流微生物燃料电池，其中，含T.f菌的培养液pH值为2.3，电池周边温度为28～35℃。
新鲜的9K培养基由阳极导入，培养好的T.f菌的培养液由阴极导出，备用。
上述导出的T.f菌的培养液应用于浸矿如下：
贵州某锰矿，其化学成分为：Mn19%、Fe4.47%、SiO254.41%、Al1.6%。矿物组成：金属矿物主要为软锰矿，石英为主要脉石矿物。
某矿山的黄铁矿，其主要成分为：S23.68%，Fe25.66%，Al0.64%，SiO22.44%。矿物组成：金属矿物主要为黄铁矿，石英为主要脉石矿物。
按比例称取软锰矿与破碎至-1mm的黄铁矿矿样，加入无铁9K培养基中，固液比为30%，，接种T.f菌，pH调到2，30℃下放入摇速为160r/min的震荡摇床内反应3d。
本例实施结果是：此微生物燃料电池最大稳定电压达260mV，内阻为150Ω；锰的浸出率为99%。

Claims (11)

1.一种嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述电池以嗜酸菌培养液作为阳极溶液，空气为阴极。
2.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸菌为氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、脱氨硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸菌培养液pH值在1～6。
4.根据权利要求3所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸菌培养液pH值在1.8～2.3。
5.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸菌培养液的培养基为9K培养基。
6.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸微生物燃料电池的运行温度为0～55℃。
7.根据权利要求6所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸微生物燃料电池的运行温度为28～35℃。
8.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸微生物燃料电池采用无膜结构。
9.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述嗜酸微生物燃料电池的电极材料包括碳毡、碳布、石墨棒、石墨颗粒或碳纳米管中的一种。
10.根据权利要求1所述的嗜酸微生物燃料电池，其特征在于，所述燃料为Leathen或9K培养基。
11.一种基于权利要求1～10所述任一嗜酸微生物燃料电池的嗜酸微生物培养方法，包括以下步骤：
1）以嗜酸微生物培养液作为阳极溶液，空气为阴极，组装上升流式或杯式的微生物燃料电池；
2）将步骤1）的微生物燃料电池采用连续流方式，将新鲜培养基从阳极导入，待培养液由浅绿色变为红棕色时，将培养好的嗜酸微生物培养液从阴极导出，获得嗜酸微生物。
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