CN104112868B - 一种单室无介体藻类微生物燃料电池构建方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单室无介体藻类微生物燃料电池构建方法及装置，步骤是：A、藻类微生物的筛选：1)藻类微生物的富集；2)分离纯化；3)藻类微生物的筛选：得到藻类微生物悬浮液；C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。将藻类微生物悬浮液加入到玻璃容器中，在玻璃容器中插入阳极和阴极碳棒，硝酸纤维素涂布于阴极碳棒上，阳极和阴极碳棒由导线与电阻、电流表、电压表两端连接，电流表通过导线串联于阳极碳棒和电阻之间，电压表通过导线并联于电阻和电流表两端，阳极碳棒一侧面向光照。操作简便，结构简单，使用方便，无需质子交换膜和电子中介体，效率较高，在有效利用光能产电的同时降解有机污染物。

Description

一种单室无介体藻类微生物燃料电池构建方法及装置
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
B、对筛选获得的两栖颤藻或小球藻进行培养，培养基成分为：每一升藻类微生物培养基含有5g醋酸钠(化学式：CH3COONa)、1g氯化铵(化学式：NH4Cl)、1g硝酸钾(化学式：KNO3)、0.6g磷酸二氢钾(化学式：KH2PO4)、0.4g磷酸氢二钾(化学式：K2HPO4)，0.1g氯化钙(化学式：CaCl2)、0.1g硫酸镁(化学式：MgSO4)、3g酵母浸膏，1mL微量元素溶液(每升微量元素溶液包含2.86g硼酸(化学式：H3BO3)、1.81g四水氯化锰(化学式：MnCl2·4H2O)、0.222g七水硫酸锌(化学式：ZnSO4·7H2O)、0.391g二水钼酸钠(化学式：Na2MoO4·2H2O)、0.079g五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O)，0.049g六水硝酸钴(化学式：Co(NO3)2·6H2O))。
将筛选获得的两栖颤藻或小球藻接种于培养基中，接种后的培养基置于透明玻璃容器中，在pH7.5，光照强度为3000lux，温度为28-32℃条件下培养48h，得到藻类微生物悬浮液。
C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。
D、将单室无介体藻类微生物燃料电池置于光照条件下，产生电流。
一种单室无介体藻类微生物燃料电池，它由容积100mL透明玻璃容器、阳极碳棒、阴极碳棒、硝酸纤维素、电阻(100Ω)、电流表、电压表、导线、光照、藻类微生物悬浮液等部分组成，其操作顺序为：将藻类微生物悬浮液加入到容积100mL透明玻璃容器中。在容积100mL透明玻璃容器中分别插入阳极碳棒和阴极碳棒。硝酸纤维素均匀涂布于阴极碳棒上。阳极碳棒和阴极碳棒由导线分别与电阻、电流表、电压表两端连接。电阻(100Ω)通过导线串联于阳极碳棒和阴极碳棒之间。电流表通过导线串联于阳极碳棒和电阻(100Ω)之间。电压表通过导线并联于电阻(100Ω)和电流表两端。将连接后的容积100mL透明玻璃容器置于光照下，阳极碳棒一侧面向光照。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1.本发明装置简易，无需质子交换膜，价格低廉，运行成本低。
2.藻类微生物培养条件简单，生长迅速。
3.藻类微生物可自身产生氧气，无需外加电子受体。
4.本装置可利用有机污染物为电子供体，实现在降解污染物的同时产生电能。
5.以藻类微生物悬浮液为电解液，无需加入电子中介体。
附图说明
图1为一种单室无介体藻类微生物燃料电池装置结构示意图。
其中：一种单室无介体藻类微生物燃料电池，它由容积100mL透明玻璃容器1、阳极碳棒2、阴极碳棒3、硝酸纤维素4、电阻5(100Ω)、电流表6(85C1-50mA)、电压表7(85C1-3V)、导线8、光照9、藻类微生物悬浮液10等部分组成。
具体实施方式
实施例1：
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或19或20或21或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或5或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或7.3或7.4或7.5，在28或29或30或31或32℃下分别置于照度为3000lux光照条件下培养48h，在464nm下测量各吸光度值，以无菌染料溶液作空白，保留降解的藻种；
实验用培养基
B、对筛选获得的两栖颤藻或小球藻进行培养，培养基成分为：每一升藻类微生物培养基含有5g醋酸钠(化学式：CH3COONa)，1g氯化铵(化学式：NH4Cl)，1g硝酸钾(化学式：KNO3)，0.6g磷酸二氢钾(化学式：KH2PO4)，0.4g磷酸氢二钾(化学式：K2HPO4)，0.1g氯化钙(化学式：CaCl2)，0.1g硫酸镁(化学式：MgSO4)，3g酵母浸膏，1mL微量元素溶液(每升微量元素溶液包含2.86g硼酸(化学式：H3BO3)，1.81g四水氯化锰(化学式：MnCl2·4H2O)，0.222g七水硫酸锌(化学式：ZnSO4·7H2O)，0.391g二水钼酸钠(化学式：Na2MoO4·2H2O)，0.079g五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O)，0.049g六水硝酸钴(化学式：Co(NO3)2·6H2O))。
将筛选获得的两栖颤藻或小球藻接种于培养基中，接种后的培养基置于透明玻璃容器中，在pH7.5，光照强度3000lux，温度28℃条件下培养48h，得到藻类微生物悬浮液。
C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。
D、将单室无介体藻类微生物燃料电池置于光照条件下，产生电流。
将装置至于光照下，进行降解和产电过程。将装置至于光照下，藻类微生物在生长过程中分解有机物产生电子及质子，电子通过阳极由外电路传递至阴极，再与扩散至阴极的质子及光合作用产生的氧气结合生成水，从而产生电流。
实例：以橙黄Ⅱ为有机污染物，构建了较小体积的藻类微生物燃料电池。以从自然水体中筛选的两栖颤藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.40V，最大功率密度为0.054W/m2；在6h内，对橙黄Ⅱ的降解率为90％。而以从自然水体中筛选的小球藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.43V，最大功率密度为0.064W/m2；在6h内，对橙黄Ⅱ的6h降解率为92％。
实施例2：
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或19或20或21或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或5或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或7.3或7.4或7.5，在28或29或30或31或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
B、对筛选获得的两栖颤藻或小球藻进行培养，培养基成分为：每一升藻类微生物培养基含有5g醋酸钠(化学式：CH3COONa)，1g氯化铵(化学式：NH4Cl)，1g硝酸钾(化学式：KNO3)，0.6g磷酸二氢钾(化学式：KH2PO4)，0.4g磷酸氢二钾(化学式：K2HPO4)，0.1g氯化钙(化学式：CaCl2)，0.1g硫酸镁(化学式：MgSO4)，3g酵母浸膏，1mL微量元素溶液(每升微量元素溶液包含2.86g硼酸(化学式：H3BO3)，1.81g四水氯化锰(化学式：MnCl2·4H2O)，0.222g七水硫酸锌(化学式：ZnSO4·7H2O)，0.391g二水钼酸钠(化学式：Na2MoO4·2H2O)，0.079g五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O)，0.049g六水硝酸钴(化学式：Co(NO3)2·6H2O))。
将筛选获得的两栖颤藻或小球藻接种于培养基中，接种后的培养基置于透明玻璃容器中，在pH7.5，光照强度3000lux，温度30℃条件下培养48h，得到藻类微生物悬浮液。
C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。
D、将单室无介体藻类微生物燃料电池置于光照条件下，产生电流。
将装置至于光照下，进行降解和产电过程。将装置至于光照下，藻类微生物在生长过程中分解有机物产生电子及质子，电子通过阳极由外电路传递至阴极，再与扩散至阴极的质子及光合作用产生的氧气结合生成水，从而产生电流。
实例：在与实例1相同反应条件下以橙黄Ⅱ为有机污染物，构建了体积较大的藻类微生物燃料电池。以从自然水体中筛选的两栖颤藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.4V，最大功率密度为0.050W/m2；在6h内，对橙黄Ⅱ的降解率为85％。而以从自然水体中筛选的小球藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.41V，最大功率密度为0.051W/m2；在6h内，对橙黄Ⅱ的降解率为89％。
实施例3：
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或19或20或21或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或5或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或29或30或31或32℃条件下培养7或8或9或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或7.3或7.4或7.5，在28或29或30或31或32℃下分别置于照度为3000lux光照条件下培养48h，在464nm下测量各吸光度值，以无菌染料溶液作空白，保留降解的藻种；
实验用培养基
B、对筛选获得的两栖颤藻或小球藻进行培养，培养基成分为：每一升藻类微生物培养基含有5g醋酸钠(化学式：CH3COONa)，1g氯化铵(化学式：NH4Cl)，1g硝酸钾(化学式：KNO3)，0.6g磷酸二氢钾(化学式：KH2PO4)，0.4g磷酸氢二钾(化学式：K2HPO4)，0.1g氯化钙(化学式：CaCl2)，0.1g硫酸镁(化学式：MgSO4)，3g酵母浸膏，1mL微量元素溶液(每升微量元素溶液包含2.86g硼酸(化学式：H3BO3)，1.81g四水氯化锰(化学式：MnCl2·4H2O)，0.222g七水硫酸锌(化学式：ZnSO4·7H2O)，0.391g二水钼酸钠(化学式：Na2MoO4·2H2O)，0.079g五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O)，0.049g六水硝酸钴(化学式：Co(NO3)2·6H2O))。
将筛选获得的两栖颤藻或小球藻接种于培养基中，接种后的培养基置于透明玻璃容器中，在pH7.5，光照强度为3000lux，温度为32℃条件下培养60h，得到藻类微生物悬浮液。
C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。
D、将单室无介体藻类微生物燃料电池置于光照条件下，产生电流。
将装置至于光照下，进行降解和产电过程。将装置至于光照下，藻类微生物在生长过程中分解有机物产生电子及质子，电子通过阳极由外电路传递至阴极，再与扩散至阴极的质子及光合作用产生的氧气结合生成水，从而产生电流。
实例：在与实例1相同实验条件下，以活性红X-3B替代橙黄Ⅱ为有机污染物，构建微生物燃料电池。以从自然水体中筛选的两栖颤藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.37V，最大功率密度为0.059W/m2；在3h内，对活性红X-3B的降解率为82％。而以从自然水体中筛选的小球藻悬浮液为电解液时，该微生物燃料电池最大开路电压为0.40V，最大功率密度为0.063W/m2；在3h内，对活性红X-3B的降解率为90％。
实施例4：
一种单室无介体藻类微生物燃料电池，它由容积100mL透明玻璃容器1、阳极碳棒2、阴极碳棒3、硝酸纤维素4、电阻5(100Ω)、电流表6(85C1-50mA)、电压表7(85C1-3V)、导线8、光照9、藻类微生物悬浮液10等部分组成，其操作顺序为：将藻类微生物悬浮液10加入到容积100mL透明玻璃容器1中。在容积100mL透明玻璃容器1中分别插入阳极碳棒2和阴极碳棒3。硝酸纤维素4均匀涂布于阴极碳棒3上。阳极碳棒2和阴极碳棒3由导线8分别与电阻5、电流表6、电压表7两端连接。电阻5(100Ω)通过导线8串联于阳极碳棒2和阴极碳棒3之间。电流表6通过导线8串联于阳极碳棒2和电阻5(100Ω)之间。电压表7通过导线8并联于电阻5(100Ω)和电流表6两端。将连接后的容积100mL透明玻璃容器1置于光照9下，阳极碳棒2一侧面向光照9。

Claims (2)

1.一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：
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pH值为7.2的富集培养基，每升富集培养基中含有1g氯化铵、3.5g醋酸钠、0.1g氯化镁、0.6g磷酸二氢钾、0.4g磷酸氢二钾和0.1g酵母膏，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pH值为6.8-7.2的半固体培养基中，每升半固体培养基中含有0.33g磷酸二氢钾、0.33g七水合硫酸镁、0.33g氯化钠、0.5g氯化铵、0.05g二水合氯化钙、1g丁二酸钠、0.02g酵母粉、6g琼脂、0.5mL质量百分浓度为0.02％的七水合硫酸亚铁溶液和1.0mL无机盐溶液，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：以选择光度计入射光波长为660nm处的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，在试管中培养至选择光度计入射光波长为660nm处的吸光度值为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，在选择光度计入射光波长为464nm下测量各吸光度值，以无菌染料溶液作空白，保留降解的藻种；
B、对筛选获得的两栖颤藻或小球藻进行培养，培养基成分为：每一升藻类微生物培养基含有5g醋酸钠，1g氯化铵，1g硝酸钾，0.6g磷酸二氢钾，0.4g磷酸氢二钾，0.1g氯化钙，0.1g硫酸镁，3g酵母浸膏，1mL微量元素溶液：每升微量元素溶液包含2.86g硼酸、1.81g四水氯化锰、0.222g七水硫酸锌、0.391g二水钼酸钠、0.079g五水硫酸铜、0.049g六水硝酸钴；将筛选获得的两栖颤藻或小球藻接种于培养基中，接种后的培养基置于透明玻璃容器中，在pH7.5，光照强度为3000lux，温度为28-32℃条件下培养48h，得到藻类微生物悬浮液；
C、将获得的藻类微生物悬浮液加入到装置中，得到单室无介体藻类微生物燃料电池。
2.如权利要求1所述的一种单室无介体藻类微生物燃料电池的构建方法构建的微生物燃料电池，它包括容积100mL透明玻璃容器(1)、阳极碳棒(2)、阴极碳棒(3)、硝酸纤维素(4)、藻类微生物悬浮液(10)，其特征在于：将藻类微生物悬浮液(10)加入到容积100mL透明玻璃容器(1)中，在容积100mL透明玻璃容器(1)中分别插入阳极碳棒(2)和阴极碳棒(3)，硝酸纤维素(4)均匀涂布于阴极碳棒(3)上，阳极碳棒(2)和阴极碳棒(3)由导线(8)分别与电阻(5)、电流表(6)、电压表(7)两端连接，电阻(5)通过导线(8)串联于阳极碳棒(2)和阴极碳棒(3)之间，电流表(6)通过导线(8)串联于阳极碳棒(2)和电阻(5)之间，电压表(7)通过导线(8)并联于电阻(5)和电流表(6)两端，将连接后的容积100mL透明玻璃容器(1)置于光照(9)下，阳极碳棒(2)一侧面向光照(9)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106130156A (zh) * 2016-07-14 2016-11-16 胡大苇 电动车充电站用清洁能源供电控制系统
CN106565011A (zh) * 2016-09-22 2017-04-19 中南大学 一种处理含藻毒素的藻类有机废水的方法及系统
CN106898792B (zh) * 2017-02-17 2019-09-06 中国科学院理化技术研究所 纤维素基单室微生物燃料电池空气阴极及其制备方法
CN109378508A (zh) * 2018-09-30 2019-02-22 天津大学 一种投加降解类细菌的单室微生物燃料电池及其使用方法
CN110376264B (zh) * 2019-06-28 2021-11-16 广东省微生物研究所（广东省微生物分析检测中心） 一种基于偶氮染料脱色活性的产电微生物快速筛选方法
CN112769398B (zh) * 2020-12-28 2021-12-24 北京华电恩典科技创新有限公司 一种柔性微生物光伏贴片
CN116162662B (zh) * 2022-12-07 2024-06-21 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种光助单室微生物电解池制氢方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102075113A (zh) * 2009-11-20 2011-05-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于光合作用产电的绿藻生物燃料电池
CN103427102A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 华南理工大学 一种藻菌微生物燃料电池及其制备方法和应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100196742A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 University Of Southern California Electricity Generation Using Phototrophic Microbial Fuel Cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102075113A (zh) * 2009-11-20 2011-05-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于光合作用产电的绿藻生物燃料电池
CN103427102A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 华南理工大学 一种藻菌微生物燃料电池及其制备方法和应用

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