CN106684417A - 一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池 - Google Patents

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李银塔
夏令
隋娟娟
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，微生物燃料电池阳极利用水产下脚料鱼骨、虾蟹壳产电并同步产甲壳素。其特征还在于，所述微生物燃料电池产电同步阴极脱除重金属。本发明所述微生物燃料电池结构如附图1所示，阳极室包括电极、水产下脚料、厌氧微生物、核黄素和基质；阴极室包括电极和重金属基质；阴阳两极通过电阻和导线相连。阳极室中微生物能利用自身分泌物降解水产下脚料，生成供能物质乙酸盐，以核黄素为电子中介体，大幅度改善微生物燃料电池的产电性能，并利用外电路，将产生电子传递到阴极，从而脱除重金属。

Description

一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池
(一)技术领域：
本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池。
(二)背景技术：
随着人类社会的发展与进步，人类对环境污染已经无法容忍。为治理污染，人们进行了各种研究，其中水产下脚料具有较低的经济价值，直接排造成了严重环境污染。为解决水产下脚料带来的环境压力，人们尝试用生物法来处理水产下脚料，取得一定的成果。但由于水产下脚料大部分为碳酸盐等矿物成分组成，现有的生物处理技术无法将其直接利用。
近些年，经研究发现，很多微生物可以产电，在去除有机物污染的同时可回收电能。目前，国内外污水处理技术以生物技术为主，利用微生物去除有机物污染。但由于微生物会产生酸性物质，导致环境Ph值降低，抑制了其生物活性，降低了污水处理效能。而添加水产下脚料，其含有的碳酸盐会消耗产生的酸，可以维持环境稳定。阴极中重金属离子的添加，作为电子受体，促进了电子的传输，增强了微生物燃料电池的产电性能。这些措施在解决污染的同时，不会增加费用，而且还能提供能源。但目前尚未见利用微生物燃料电池同步进行阳极用水产下脚料和阴极脱除重金属调节其性能的报道。
(三)发明内容：
本发明所要解决的技本问题是：为克服传统微生物处理有机物污染过程中，由于有机质的分解，导致环境Ph降低，微生物活性受抑制，致使污染去除效率低下的问题。本发明提供一种产电同步脱除污染的微生物燃料电池技术。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，微生物燃料电池阳极利用水产下脚料鱼骨、虾蟹壳产电并同步产甲壳素。其特征还在于，所述微生物燃料电池阴极产电同步阴极脱除重金属。具体为：
1)构建双室微生物燃料电池：微生物燃料电池由阳极室和阴极室构成，阳极室和阴极室为立方体或长方体或圆柱体或半圆柱体，阴阳极室间用离子交换膜分开，电极为石墨毡或石墨棒或石墨纸，外电路用钛丝和电阻箱相连。
2)将含水产下脚料和核黄素的基质加入微生物燃料电池的阳极室，将含有重金属的污水注入微生物燃料电池的阴极，通过自发电化学作用和微生物代谢脱除阳极室中的污染物并生成甲壳素，在此过程中产生的电子，通过外电路传递给阴极电子受体氧气，产生氢氧根，从而以碱性沉淀形式去除重金属。
3)经微生物燃料电池处理的阴极液为有效去除重金属的处理水，可直接进行排放。
4)电子由阳极通过外电路传递到阴极过程中，在外电路中形成电流，实现电能回收。
上述步骤中，所述阳极微生物组成：厌氧型醋酸杆菌、酵母菌、Geobactermetallireducens、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)以及Rhodoferaxferrireducens等中的一种或几种。
上述步骤中，所述水产下脚料包括：鱼骨、虾壳、蟹壳、牡蛎壳、蛤蜊壳等中的一种或几种。
上述步骤中，所述阴极能脱除碱性环境中不溶性重金属。
上述步骤中，所述阳极基质中添加核黄素改善微生物燃料电池的产电性能。
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述，所述的实施案例有助于对本发明的理解和实施，并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
附图说明
图1为双室型微生物燃料电池示意图。
图中：1.阳极室；2.阳极；3.钛丝；4.电阻箱；5阴极；6阴极室；7、离子交换膜
具体实施方式：
如图1所示，本实施实例的微生物燃料电池包括：阳极室1、阴极室6、阳极电极2、阴极电极5、质子交换膜7和外电路3、4.
1.微生物燃料电池准备：双室型为生物燃料电池装置为聚丙烯有机玻璃，以Nafion质子交换膜隔开阴阳室。
1)电极准备：以碳毡作为电极，先用1mol/L的HCl溶液浸泡24h，用去离子水清洗，直至pH为7，最后将清洗干净碳毡真空干燥备用。
2)电路连接：分别将阴阳电极放入阴阳极室，用钛丝连接到电阻箱上，设置外电阻为1千欧，接入数据采集卡。
3)在阳极室加入含水产下脚料5g和核黄素0.2mmol/L的基质，在接种厌氧醋酸杆菌和酵母菌，加入BG11培养基的微量元素。微量元素配方：MnCl2 0.01g/L、ZnSo4 0.01g/L、CaCl2 0.01g/L、CoCl2 0.01g/L。
4)阴极室添加1000mg/L的Pb(No3)2。
5)启动：启动前先将电池阳极室密封，运行微生物燃料电池，通过数据采集卡实施监测微生物燃料电池的工作电压，在经过3个循环后，微生物燃料电池性能稳定，电池启动成功。
6)采用循环伏安法和调节电阻箱测定电池的产电性能。通过功率密度、极化曲线和电压可以判断，本发明获得的微生物燃料电池性能优秀。
7)检测阴脱除重金属和阳极产生甲壳素和COD的情况，在阳极室得到纯度为96％的甲壳素，COD脱除高达99.8％，阴极液中重金属的含量降到0.02mg/L。

Claims (6)

1.本发明涉及一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，微生物燃料电池阳极利用水产下脚料鱼骨、虾蟹壳产电并同步产甲壳素。
2.根据权利要求1所述一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征还在于，所述微生物燃料电池阴极产电同步阴极脱除重金属。
3.根据权利要求1所述一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，阳极微生物组成：厌氧型醋酸杆菌、酵母菌、Geobacter metallireducens、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)以及Rhodoferax ferrireducens等中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，水产下脚料包括：鱼骨、虾壳、蟹壳、牡蛎壳、蛤蜊壳等中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，阴极能以氢氧化物形式脱除碱性环境中不溶性重金属。
6.根据权利要求1所述一种产电同步产甲壳素的微生物燃料电池，其特征在于，在阳极基质中添加核黄素改善微生物燃料电池的产电性能。
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