CN106099123B - 一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，包括以下步骤：配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中离心后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶中，采用BG‑11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；藻膜培养：将碳毡浸入藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶2‑4次，持续7‑10天形成藻膜碳毡；固定藻膜：将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，置入海藻酸钠溶液中浸泡1‑2min后，形成浸泡后的碳毡；成品制备：取出所述浸泡好的碳毡，放入CaCl2溶液中，静置2‑5h后形成藻膜阴极。本发明采用常见绿藻为挂膜菌种，取材和制作简单、阴极出水无污染；藻膜采用海藻酸纳固定，保持阴极细胞量充足稳定，输出电压稳定。

Description

一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法
技术领域
本发明涉及藻膜阴极的制备方法，尤其涉及到一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法。
背景技术
新能源和可持续能源的研究和开发成为当今世界解决环境污染和能源危机、实现可持续发展的重要途径。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell），简称MFC，作为一种新型清洁能源，具有能量转化效率高、安全无污染等优点，受到各国的广泛关注。阴极材料在MFC中作为电子受体起到重要作用。目前研究的大部分MFC都采用非生物阴极，但非生物型阴极成本较高、易于污染催化剂，在实际的使用中受到较大限制。与非生物型阴极相比，生物型阴极的MFC无催化剂中毒现象、成本较低、MFC运行稳定性明显增强等优点。
已有多篇报道在MFC技术中直接应用野生蓝藻或提纯后的标准蓝藻，作为一种发电能量来源，具有取材天然、成本低廉、不依赖阳光等优点。但蓝藻通常被认为在生长过程中产生有害于生物健康的藻毒素，导致利用蓝藻产电的阴极出水处理难；另外，简单吸附于阴极的藻类，易脱落，导致固定的细胞量有限，电能输出减少、不稳定。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，采用常见绿藻为挂膜菌种，取材和制作简单、阴极出水无污染；同时，藻膜采用海藻酸纳固定，保持阴极细胞量充足稳定，输出电压稳定。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中，维持离心机转速为5000-6000rpm，离心10-15min后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶中，采用灭菌后的BG-11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；
（2）藻膜培养：将裁剪好的碳毡完全浸入所述藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶2-4次，持续7-10天，使得碳毡上长满藻膜，形成藻膜碳毡；
（3）固定藻膜：用镊子将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，立即置入装有质量百分浓度为5-6％的海藻酸钠溶液的培养皿中，在培养皿中浸泡1-2min后，形成浸泡后的碳毡；
（4）成品制备：用镊子取出所述浸泡好的碳毡，放入质量百分浓度为1.8-2.2％的CaCl2溶液中，静置2-5h后形成藻膜阴极。
进一步的，配制藻液步骤中，维持离心机转速为5500rpm，离心12min后形成藻泥。
进一步的，藻膜培养步骤中，每天摇瓶3次。
进一步的，所述固定藻膜步骤中，海藻酸钠溶液的质量百分浓度为5.5%，培养皿中浸泡时间为1.5min。
进一步的，成品制备步骤中，CaCl2溶液的质量百分浓度为2%；静置时间为3h。
本发明的有益效果：
用于微生物燃料电池阴极室，以藻膜阴极制备技术为研究对象，在现有的微生物燃料电池的研究基础上，采用鞘藻作为阴极藻种，通过预处理在碳毡上培养形成藻膜后，再采用海藻酸钠包埋固定藻膜。将其应用微生物燃料电池的阴极室中，通过测试微生物燃料电池的产电性能及藻膜稳定性等，确定适用于微生物燃料电池阴极的一种制作简单、对生物无害、稳定且廉价的藻膜阴极。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明制作的藻膜阴极应用于微生物燃料电池的示意图。
图中：1、锥形瓶；2、碳毡；3、海藻酸钠溶液；4、氯化钙溶液；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例一：
一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中，维持离心机转速为5500rpm，离心12min后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶1中，采用灭菌后的BG-11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；
（2）藻膜培养：将裁剪好的碳毡2完全浸入所述藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶3次，持续9天，使得碳毡上长满藻膜，形成藻膜碳毡；
（3）固定藻膜：用镊子将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，立即置入装有质量百分浓度为5.5％的海藻酸钠溶液3中，在培养皿中浸泡1.5min后，形成浸泡后的碳毡；
（4）成品制备：用镊子取出所述浸泡好的碳毡，放入质量百分浓度为2％的CaCl2溶液4中，静置3.5h后形成藻膜阴极；
实施例二：
一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中，维持离心机转速为5000rpm，离心10min后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶中，采用灭菌后的BG-11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；
（2）藻膜培养：将裁剪好的碳毡完全浸入所述藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶2次，持续7天，使得碳毡上长满藻膜，形成藻膜碳毡；
（3）固定藻膜：用镊子将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，立即置入装有质量百分浓度为5％的海藻酸钠溶液的培养皿中，在培养皿中浸泡1min后，形成浸泡后的碳毡；
（4）成品制备：用镊子取出所述浸泡好的碳毡，放入质量百分浓度为1.8％的CaCl2溶液4中，静置2h后形成藻膜阴极。
实施例三：
一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中，维持离心机转速为6000rpm，离心15min后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶中，采用灭菌后的BG-11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；
（2）藻膜培养：将裁剪好的碳毡完全浸入所述藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶4次，持续10天，使得碳毡上长满藻膜，形成藻膜碳毡；
（3）固定藻膜：用镊子将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，立即置入装有质量百分浓度为6％的海藻酸钠溶液的培养皿中，在培养皿中浸泡2min后，形成浸泡后的碳毡；
（4）成品制备：用镊子取出所述浸泡好的碳毡，放入质量百分浓度为2.2％的CaCl2溶液中，静置5h后形成藻膜阴极。
如图2所示，将制备好的藻膜阴极装入微生物燃料电池阴极室中运行，以质量摩尔浓度为24mol/kg的乙酸燃料底物为营养液，监测产电输出指标，确定产电性能。
根据实验结果验证，利用藻膜阴极运行的微生物燃料电池，产电输出稳定，最大输出电压保持在0.6V左右。
本发明中步骤二中：将锥形瓶置于室内采光面培养,意为将锥形瓶置于室内，置于能够有阳光照射进来的位置即可。
鞘藻属，属于绿藻门，鞘藻科。植物体不分枝，由一列柱状细胞构成，以基细胞的固着器着生。产生动孢子进行无性生殖；有性生殖是卵配，4种不同的生殖类型均有。共有470种，中国有246种。广泛生活于池塘、水沟、稻田等浅水静水中，多附生于水生植物或其他物体上。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，制备出来的阴极应用于双室双电极的微生物燃料电池，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制藻液：取对数生长期的鞘藻放入离心机中，维持离心机转速为5000-6000rpm，离心10-15min后形成藻泥，将藻泥倒入锥形瓶中，采用灭菌后的BG-11培养基调配成藻密度不小于104个/mL的藻液；
（2）藻膜培养：将裁剪好的碳毡完全浸入所述藻液中，利用封口膜将锥形瓶封口后，将锥形瓶置于室内采光面培养，每天摇瓶2-4次，持续7-10天，使得碳毡上长满藻膜，形成藻膜碳毡；
（3）固定藻膜：用镊子将藻膜碳毡从锥形瓶中取出，立即置入装有质量百分浓度为5-6％的海藻酸钠溶液的培养皿中，在培养皿中浸泡1-2min后，形成浸泡后的碳毡；
（4）成品制备：用镊子取出所述浸泡好的碳毡，放入质量百分浓度为1.8-2.2％的CaCl2溶液中，静置2-5h后形成藻膜阴极。
2.根据权利要求1所述的一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，其特征在于，配制藻液步骤中，维持离心机转速为5500rpm，离心12min后形成藻泥。
3.根据权利要求1所述的一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，其特征在于，藻膜培养步骤中，每天摇瓶3次。
4.根据权利要求1所述的一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，其特征在于，所述固定藻膜步骤中，海藻酸钠溶液的质量百分浓度为5.5%，培养皿中浸泡时间为1.5min。
5.根据权利要求1所述的一种用于微生物燃料电池的藻膜阴极的制备方法，其特征在于，成品制备步骤中，CaCl2溶液的质量百分浓度为2%；静置时间为3h。
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