CN109148923B - 一种加速微生物燃料电池产电启动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加速微生物燃料电池产电启动的方法。本发明通过将待启动的微生物燃料电池的阴阳极分别与已启动正常产电的微生物燃料电池的阴阳极使用金属导线连接，可达到有效加速待启动微生物燃料电池产电启动的效果。本发明是一种低成本、简单有效、环境安全的加速微生物燃料电池产电启动的新方法。

Description

一种加速微生物燃料电池产电启动的方法
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种加速微生物燃料电池产电启动的方法。
背景技术
微生物燃料电池(microbial fuel cells，MFCs)是一种新型的环保能源技术，它可以将可生物降解的废弃物及污染物中的化学能通过微生物电子传递直接转化产生电能。MFC在废水处理、生态修复、生物能源、生物合成和环境监测等领域具有广泛的应用前景，目前已有越来越多的相关技术在实际环境中测试和应用。
在MFC阳极环境中，具有胞外电子转移能力的微生物(即电活性菌)氧化各种底物并将电子转移到电极表面，同时这类微生物获得能量并逐步得到富集。在这一过程中，MFC输出的电流逐渐增大直至最大电流。在处理废水或沉积物环境中，MFC可能需要几天甚至数十天的时间才能达到最大电流或表现出显著产电能力。如何使这些电活性菌快速的在阳极环境中得到富集从而加速MFC的启动？这是MFC研究的一个重要课题。随着规模的增大，MFC的启动时间可能或更长，因而这也是MFC技术实际应用过程中面临的一个重要问题。
目前，已有的加速MFC启动的方法包括：(1)使用恒电位仪将MFC的电极稳定在某一个电位，从而创造稳定的氧化还原环境，促进电活性菌生长及MFC启动；(2)接种铁还原菌群或其它MFC中有一定电活性的微生物，促进MFC启动产电。但是，恒电位的方法仍然存在一些不足，如需要专业设备、消耗电能、重复性差等不足；而预先接种功能菌的方法难以在大规模装置或实际环境MFC中应用，且可能存在一定的生态风险。因而，MFC的高效和广泛应用，需要研发新的、低成本的、简单有效的加速启动方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低成本的、简单有效的微生物燃料电池加速启动方法。
发明人发现已启动的燃料电池阴阳极的电位已稳定，并且处于适合电活性微生物附着和生长的电位；将待启动的燃料电池与已启动(正常产电)的燃料电池阴阳极分别连接，有助于使待启动的燃料电池快速建立适宜的氧化还原电位，从而快速富集电活性微生物或启动产电。
本发明的加速微生物燃料电池产电启动的方法，其技术要点在于：(1)将待启动的微生物燃料电池的阴极和阳极分别使用金属导线连接到已启动(正常产电)的微生物燃料电池的阴极和阳极上(如图1)；(2)待启动的微生物燃料电池和已启动的微生物燃料电池的阳极环境需为同一类型，如同为底泥(可以是不同水环境或不同地理位置的底泥)、同为废水(可以是含不同组分或不同地理位置的废水)；(3)待启动的微生物燃料电池和已启动的微生物燃料电池电极连接一定时间后，断开连接，待启动的微生物燃料电池开始单独运行产电。
因此，本发明的目的是提供一种加速微生物燃料电池产电启动的方法，将待启动的微生物燃料电池的阴极与已启动的微生物燃料电池的阴极使用金属导线连接，待启动的微生物燃料电池的阳极与已启动的微生物燃料电池的阳极使用金属导线连接。
优选，所述的方法，在完成产电启动后，断开连接，待启动的微生物燃料电池开始单独运行产电。
优选，所述的金属导线为钛丝。
优选，所述的待启动的微生物燃料电池的阳极环境与已启动的微生物燃料电池的阳极环境为同一类型。如均为底泥、均为废水。实施例与对比例的结果说明，本发明的方法适用于同类型底物MFC启动的促进。
本发明开发了一种低成本的、简单有效的加速微生物燃料电池产电启动的方法，具有低成本、不需专业设备、简单高效、大小灵活可变、经济环保等优点。
附图说明
图1是本发明的加速微生物燃料电池产电启动方法的示意图，通过导线将待启动的MFC的阴阳极分别与已启动(正常产电)的MFC的阴阳极相连，一定时间后断开两个MFC之间的导线，使二者恢复独立运行。
图2是实施例1底泥MFC启动效果对比。
图3是对比例1以底泥为底物的MFC并联启动废水MFC的效果。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1
构建已启动的正常运行产电的MFC一个，阳极为污染河涌底泥，最大输出功率为0.1mW。构建12个待启动的MFC，阳极底物为污染河涌底泥，其中3个待启动的MFC使用钛丝将其阳极和阴极分别与已启动的MFC的阳极和阴极连接1天后断开，3个待启动的MFC与已启动的MFC连接3天后断开，另3个待启动的MFC与已启动的MFC连接5天后断开。上述9个MFC断开后均连接1000欧姆电阻，记录电压。剩余3个待启动的MFC不与已启动的MFC连接，即从0天起就连接1000欧姆电阻，作为常规启动对照(control)。结果显示：对照组三个MFC达到最大输出电压的时间为平均为5天；而与已启动的MFC连接1天的达到最大输出电压的时间为4.6天，与已启动的MFC连接3天的达到最大输出电压的时间为4.1天，与已启动的MFC连接5天的断开时即处于最大输出电压(图2)。
本实施结果表明：与已启动的正常产电MFC连接可以有效缩短MFC启动的时间，本实施例的条件下，连接3天效果最佳，可以将启动时间缩短18％。
对比例1
构建已启动的正常运行产电的沉积物MFC一个，阳极为污染河涌底泥，最大输出功率为0.1mW。构建8个待启动的MFC，阳极底物为生活废水，其中2个待启动的MFC使用钛丝将其阳极和阴极分别与已启动的MFC的阳极和阴极连接1天后断开，2个待启动的MFC与已启动的MFC连接3天后断开，另2个待启动的MFC与已启动的MFC连接5天后断开。上述6个MFC断开后均连接1000欧姆电阻，记录电压。剩余2个待启动的MFC不与已启动的MFC连接，即从0天起就连接1000欧姆电阻，作为常规启动对照(control)。结果显示(图3)：对照组2个MFC在第6天和第7天的电压(平均值)基本相同，进入稳定期，即对照组达到最大产电电压时间为6天；而各并联组在第6天时产电(平均值)均显著低于对照组，且仍处于上升阶段，即并未到达最大产电电压。该对比例结果表明：以底泥为底物的MFC并不能通过并联促进废水MFC的启动。

Claims (2)

1.一种加速微生物燃料电池产电启动的方法，其特征在于，将待启动的微生物燃料电池的阴极与已启动的微生物燃料电池的阴极使用金属导线连接，待启动的微生物燃料电池的阳极与已启动的微生物燃料电池的阳极使用金属导线连接；在完成产电启动后，断开连接，待启动的微生物燃料电池开始单独运行产电；所述的待启动的微生物燃料电池的阳极环境与已启动的微生物燃料电池的阳极环境均为底泥或均为废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属导线为钛丝。
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