CN115678944A - 一种利用mfc处理废弃玉米芯的方法及其在产电中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法及其在产电中的应用。将玉米芯粉与去离子水混合后加入反应釜中进行水热处理，过滤，滤液为玉米芯热水解液。取水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶和去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在振荡摇床中进行酶解反应，反应结束后，过滤，滤液为玉米芯酶解液。取玉米芯酶解液与厌氧颗粒污泥混合，在振荡摇床中进行水解酸化反应，反应结束后，过滤，滤液为玉米芯水解酸化液。以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，注入MFC反应器的阳极室中。本发明可有效缓解玉米芯大量堆积遗弃的问题，可实现短期内玉米芯被MFC利用进行生物发电，使农村大量的废弃玉米芯变废为宝。
Description
技术领域
本发明属于微生物燃料电池领域，尤其涉及一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法及其在产电中的应用。
背景技术
玉米芯是玉米果穗脱去籽粒后的穗轴。玉米是我国的三大粮食作物之一，经过加工后脱离的副产品玉米芯含有大量的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等物质，由于玉米芯的木质化程度较高，因此便于大规模收集利用。然而目前我国对玉米芯的工业原料化、基料化、饲料化、新型能源化等实际应用较少，在广大农村地区大多数废弃玉米芯直接作为燃料被燃烧。此外玉米芯在发酵工程中作为发酵原料由于自身含有大量的木质素和半纤维素包裹住内部的纤维素，因此在发酵液中很难被发酵细菌利用分解，且易漂浮结壳，故目前以玉米芯为主要原料的发酵工程尚不多见。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种通过多种微生物协同作用分解有机物和无机物，最终将化学能转化为电能的技术，它主要通过利用厌氧条件下阳极室的微生物通过协同作用分解大分子底物将其转变为可被产电菌利用的小分子物质，产电菌分解底物产生电子传递到阳极表面，电子通过阳极从外电路传递到阴极室电极形成电流，质子则通过质子交换膜(CEM)从阳极传递到阴极，它具有可产电、无需耗能、分解率高、对环境不会造成污染的优点。
纤维素类生物质中含有的大量纤维素经过分解后产生的小分子物质可以被MFC中的产电微生物利用，目前，很多科研工作者们将MFC技术用于处理纤维素类废弃生物质。但是由于玉米芯中木质素和半纤维素的存在MFC中的产电微生物不能直接利用玉米芯产电，需要将玉米芯中的纤维素和半纤维素分解为单糖或进一步将单糖分解为挥发酸(VFAs)才能被产电菌利用进行产电。一些研究者选用直接在MFC的阳极室中添加生物质和纤维素分解菌进行产电。然而较多的实验研究表明使用纤维素分解菌分解玉米芯的分解时间较长，此外纤维素降解菌会和产电菌形成竞争关系影响产电性能。与此同时投加的生物质会在电极表面随时间增长逐渐沉积阻碍电子传递，这会增加MFC的内阻进而影响反应器长期运行的性能。因此寻求一种在短期内处理玉米芯得到可被MFC利用的水解液进行产电的处理技术是符合当下实际需求的。
发明内容
本发明的目的是针对我国农村地区大量堆积的玉米芯无法得到妥善处置的问题，提供一种使用MFC处理玉米芯并进行发电的方法。可以有效缓解玉米芯大量堆积遗弃的问题，可实现短期内玉米芯被MFC利用进行生物发电，使农村大量的废弃玉米芯变废为宝。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法，包括如下步骤：
步骤1：将玉米芯粉碎成粉，取玉米芯粉与去离子水混合后加入反应釜中，放入烘箱中进行水热处理，冷却后，过滤，取滤液为玉米芯热水解液；水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥，备用。
进一步的，所述水热处理是，180℃下水热处理30min。
步骤2：取步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶和去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在振荡摇床中进行酶解反应，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液。
进一步的，所述酶解反应是，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中酶解反应12h。
步骤3：取步骤2得到的玉米芯酶解液与厌氧颗粒污泥混合，在振荡摇床中进行水解酸化反应，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液。
进一步的，所述水解酸化反应是，在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中水解酸化反应16h。
步骤4：以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，注入MFC反应器的阳极室中。
一种利用MFC处理废弃玉米芯产电的方法，包括如下步骤：
步骤1：将玉米芯粉碎成粉，取玉米芯粉与去离子水混合后加入反应釜中，放入烘箱中，180℃下水热处理30min，冷却后，过滤，取滤液为玉米芯热水解液；水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥，备用。
步骤2：取步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶和去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中酶解反应12h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液。
进一步的，水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶的质量比为14-15:1。
步骤3：取步骤2得到的玉米芯酶解液与厌氧颗粒污泥混合，在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中水解酸化反应16h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液。
步骤4：以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，与微生物菌液和电解质混合均匀制成阳极液；将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。
进一步的，所述微生物菌液来源于生活污水或运行成熟的MFC反应器的阳极室出水。
进一步的，所述电解质包括Na2HPO4、NaH2PO4、KCl和NH4Cl。
进一步的，所述阳极液的制备方法包括如下步骤：按体积比4:1，取玉米芯水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液和微生物菌液，加入Na2HPO4、NaH2PO4、KCl和NH4Cl，混合均匀，使用1mol/L的NaOH和HCl溶液调节pH至7.0，制成阳极液；阳极液中， Na2HPO4的浓度为10.32g/L、NaH2PO4的浓度为3.32g/L、KCl的浓度为0.31g/L、NH4Cl的浓度为0.13g/L。
进一步的，所述阴极液是K3[Fe(CN)6]溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明，将MFC电化学系统与废弃生物质的处理相结合，在高效处理生物质的同时还能产生电能，经过酶解处理后的玉米芯粉残渣还可以输送至发电厂作为燃料燃烧发电，提高了玉米芯的利用率，对环境具有友好性。节约了发电成本的同时还能产生经济效益。
2.本发明，所取的原料玉米芯在广大农村地区易于收集存放，来源较广不受地域严格限制，避免了直接用作燃料产生的大气污染以及营养成分的浪费。
3.本发明，证实了玉米芯热水解液、玉米芯酶解液、玉米芯水解酸化液均可以在MFC 的阳极室作为底物被利用发电，且避免了水热预处理中产生的热水解液遗弃污染的问题。水解液营养组分的降解程度较高，清洁环保，易于进行后续处理排放。
4.本发明，所提供的方法简单，易于实施操作。
附图说明
图1为本发明中MFC反应器的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图3为玉米芯直接添加纤维素酶进行酶解与玉米芯经过水热处理后进行酶解，酶解液的 COD浓度随时间变化对比图像。
图4为玉米芯直接添加纤维素酶进行酶解与玉米芯经过水热处理后进行酶解，酶解液的还原糖浓度随时间变化对比图像。
图5为使用厌氧颗粒污泥与玉米芯酶解液混合进行水解酸化反应，水解酸化液中的挥发酸(VFAs)浓度随时间变化图像。
图6为使用厌氧颗粒污泥与玉米芯酶解液混合进行水解酸化反应，水解酸化过程中溶液的pH值随时间变化图像。
图7为C1、C2、C3反应器产电性能稳定后的电压曲线图。
图8为当产电性能稳定时改变电阻阻值绘制的极化曲线与功率密度曲线。
图9为C1、C2、C3反应器在阳极液初始COD浓度为1000mg/L时，阳极液的COD浓度随时间变化图像。
图10为C1、C2、C3反应器在阳极液初始COD浓度为1000mg/L时，主要组分的浓度随时间变化图像。
具体实施方式
以下是结合说明书附图，对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法
(一)酶解反应时间的确定
将玉米芯使用粉碎机粉碎并过60目筛，取筛下物为玉米芯粉。
取200g玉米芯粉和2000mL去离子水，混合后加入反应釜中，放入烘箱中在180℃下水热处理30min，冷却后，离心并抽滤，滤液为玉米芯热水解液。固体物为水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥后，备用。
分别取1.5g未经水热处理的玉米芯粉和经水热处理后的玉米芯残渣，分别加入装有 100mL去离子水的反应瓶中，然后均加入0.1g纤维素酶(酶活为100000u/g)。设置二个对照组，每个对照组分别进行四组平行实验。将反应瓶放在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中进行酶解反应。反应过程中在1、2、4、8、12、18、24、30、 36、42、48h时对反应液取样，每次取样量为0.2mL，反应过程中不选择控制溶液的pH，取得的样品在离心机经10000rpm/min的转速离心后取上清液，使用滤膜过滤后进行COD以及还原糖浓度的测定。结果如图3和图4所示。
由图3可见，经水热预处理后的玉米芯酶解液在反应进行至12h时，COD浓度达到最高值3376.2mg/L，反而未经水热预处理的玉米芯酶解液则在反应进行至48h时，COD浓度达到最高值3827.6mg/L，COD浓度略高于前者。该现象是因为玉米芯在经过水热处理时自身带有的一部分可溶性小分子有机物随着反应进行不断在水体释放，而未经过水热预处理的玉米芯因为半纤维素和木质素未遭到破坏，酶解液中有较多的纤维素酶未能和纤维素结合并分解纤维素，而纤维素酶在水体中溶解时也会被检测到COD浓度值。因此对玉米芯先进行水热处理再进行后续酶解反应是非常有必要的，可以使酶解反应更充分同时避免纤维素酶的浪费。
由图4可见，经水热处理的玉米芯和未经水热处理的玉米芯的酶解液，在12h时还原糖的浓度分别达到最高值1.99g/L和0.76g/L，玉米芯先水热处理后再进行酶解后，还原糖的产率相较于未经过水热处理提高了162％，玉米芯经过水热和酶解处理后还原糖的总产率为 220g(还原糖)/1kg(生物质)。因此本发明优选，玉米芯酶解反应的最佳时间为12h。
(二)水解酸化反应时间的确定
将玉米芯使用粉碎机粉碎并过60目筛，取筛下物为玉米芯粉。
取200g玉米芯粉和2000mL去离子水混合后加入反应釜中，放入烘箱中在180℃下水热处理30min，冷却后，过滤，滤液为玉米芯热水解液，固体物为水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥后，备用。
选用体积为2L的杜兰瓶加入30g水热处理后的玉米芯残渣、2g纤维素酶(酶活为100000u/g)和2000mL去离子水。将杜兰瓶放入温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min 的振荡摇床中进行酶解反应12h，反应结束后，取出杜兰瓶，抽滤，滤液为玉米芯酶解液。
将200mL厌氧颗粒污泥(购自利博源环保材料公司，MLVSS：30.9g/L)加入厌氧发酵瓶，同时加入800mL玉米芯酶解液，用1mol/L的盐酸和1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH到7.0，之后在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中进行水解酸化反应。反应过程中在2、8、16、24、48、72、96、120、144、168h时进行取样，测量样品的总挥发酸浓度以及pH值。结果如图5和图6所示。
本发明中，根据测量出的厌氧颗粒污泥的MLVSS和玉米芯酶解液的初始COD浓度，调节厌氧颗粒污泥与玉米芯酶解液的混合比例，保证混合溶液的有机负荷为1。
如图5和图6所示，在反应进行至16h时，水解酸化液的挥发酸浓度达到最高值5.45g/L，此时水解酸化液的pH为5.65。反应时间过长挥发酸会被产甲烷菌消耗而造成含量大幅度下降，水解酸化液的pH值越低代表挥发酸的含量越高，pH越高则代表挥发酸的含量越少，因此本发明优选，玉米芯酶解液的最佳水解酸化时间为16h。
(三)一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法
包括如下步骤：
步骤1：将玉米芯使用粉碎机粉碎并过60目筛，取筛下物为玉米芯粉。取20g玉米芯粉和200mL去离子水，混合后加入反应釜中，放入烘箱中在180℃下水热处理30min，冷却后，离心并抽滤，滤液为玉米芯热水解液，固体物为水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥后，备用。
步骤2：取15g步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣和1g纤维素酶，加入1000mL去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中进行酶解反应12h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液。
步骤3：取步骤2得到的玉米芯酶解液和厌氧颗粒污泥(购自利博源环保材料公司，MLVSS：30.9g/L)混合，在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中进行水解酸化反应16h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液。
根据测量出的厌氧颗粒污泥的MLVSS和玉米芯酶解液的初始COD浓度，调节厌氧颗粒污泥与玉米芯酶解液的混合比例，保证混合溶液的有机负荷为1。
步骤4：以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，与微生物菌液和电解质混合均匀制成阳极液；将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。
微生物菌液来源于生活污水或运行成熟的MFC反应器的阳极室出水。
实施例2一种利用MFC处理废弃玉米芯产电的方法 (一)方法包括如下步骤：
步骤1：玉米芯热水解液的制备
将玉米芯使用粉碎机粉碎并过60目筛，取筛下物为玉米芯粉。
取200g玉米芯粉和2000mL去离子水，混合后加入反应釜中，放入烘箱中在180℃下水热处理30min，冷却后，离心并抽滤，滤液为玉米芯热水解液，固体物为水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥后，备用。
步骤2：玉米芯酶解液的制备
取15g步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣和1g纤维素酶，加入1000mL去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中进行酶解反应12h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液。
步骤3：玉米芯水解酸化液的制备
取步骤2得到的玉米芯酶解液和厌氧颗粒污泥混合，在温度设置为35℃，转速设置为 120rpm/min的振荡摇床中进行水解酸化反应16h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液。
根据测量出的厌氧颗粒污泥的MLVSS和玉米芯酶解液的初始COD浓度，调节厌氧颗粒污泥与玉米芯酶解液的混合比例，保证混合溶液的有机负荷为1。
本实施例中，厌氧颗粒污泥购买自利博源环保材料公司。其取自UASB反应器，污泥的基本主要参数如下：有效颗粒粒度：70％以上；MLVSS：30.9g/L；沉降速率：50- 150M/H；颗粒直径：0.2-3mm。本发明不限制厌氧颗粒污泥，采用市购的取自UASB反应器的厌氧颗粒污泥均可。
步骤4：MFC反应器的组装
如图1所示，本发明中，MFC反应器包括阳极室4和阴极室5，在阳极室4内安装有碳刷Ⅰ1充当阳极，在阴极室5内安装有碳刷Ⅱ2充当阴极，在阳极室4和阴极室5之间由质子交换膜3阻隔，电阻6通过外接导线连接碳刷Ⅰ1和碳刷Ⅱ2之间，使用数据采集卡7与电阻6并联进行电压数据采集。
优选的，数据采集卡7采用PCSO813型数据采集卡进行电压数据采集。
优选的，碳刷Ⅰ1和碳刷Ⅱ2位于阳极室和阴极室中心部位。
阴/阳极室中的电极为负载在钛丝上的碳刷，采用以下步骤进行预处理去除生产过程中粘附碳刷表面的杂质。
①将碳刷浸泡在1mol/L的HCl溶液中12h后取出，使用去离子水冲洗多次后干燥。
②将碳刷浸泡在1mol/L的NaOH溶液中12h后取出，使用去离子水冲洗多次后干燥。
③将碳刷浸泡在丙酮溶液中2h后取出，使用去离子水冲洗多次后干燥。
④将经过上述步骤处理后的碳刷放入温度设置为450℃的马弗炉中灼烧60min，取出冷却后使用去离子水冲刷表面后干燥备用。
在MFC反应器组装过程中，裁剪塑胶垫片贴紧在质子交换膜(CEM)的二侧防止极室漏水以及空气进入。连接阴/阳极室中间通道的质子交换膜(CEM)采用以下步骤去除表面杂质：
①使用质量浓度为5％的H2O2溶液在水浴温度为70℃的条件下加热0.5h，加热后取出使用去离子水冲洗后烘干。
②使用1mol/L的HCl溶液在水浴温度为70℃的条件下加热0.5h，加热后取出使用去离子水冲洗后烘干。
③使用1mol/L的NaOH溶液在水浴温度为70℃的条件下加热0.5h，加热后取出使用去离子水冲洗后烘干。
④采用上述步骤处理后的CEM放入密封袋在阴凉处保存备用。
本实施例，微生物菌液直接采用实验室运行成熟的MFC反应器的阳极室出水。阳极室出水中，含有的微生物以Geobacter、Desulfovibrio、Dysgonomonas、Lysinibacillus、Bacteroides为主。本发明中，微生物菌液也可以直接采用生活污水。
4.1)MFC反应器(C1)的组装
阳极液的制备：取80mL玉米芯水解酸化液和20mL实验室运行成熟的MFC反应器的阳极室出水，加入1.032g Na2HPO4、0.332g NaH2PO4、0.031g KCl和0.013g NH4Cl，混合均匀，使用1mol/L的NaOH和HCl溶液调节pH至7.0，制成阳极液；阳极液中，Na2HPO4的浓度为10.32g/L、NaH2PO4的浓度为3.32g/L、KCl的浓度为0.31g/L、NH4Cl的浓度为 0.13g/L。
阴极液的制备：取16.63g K3[Fe(CN)6]和3.36g KCl，加入1000mL去离子水中，磁力搅拌均匀，得K3[Fe(CN)6]溶液。
将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。标记为C1。
通过外导线均连接1000Ω的电阻6。
4.2)MFC反应器(C2)的组装
阳极液的制备：取80mL玉米芯酶解液和20mL实验室运行成熟的MFC反应器的阳极室出水，加入1.032g Na2HPO4、0.332g NaH2PO4、0.031g KCl和0.013g NH4Cl，混合均匀，使用1mol/L的NaOH和HCl溶液调节pH至7.0，制成阳极液；阳极液中，Na2HPO4的浓度为10.32g/L、NaH2PO4的浓度为3.32g/L、KCl的浓度为0.31g/L、NH4Cl的浓度为0.13g/L。
阴极液的制备：取16.63g K3[Fe(CN)6]和3.36g KCl，加入1000mL去离子水中，磁力搅拌均匀，得K3[Fe(CN)6]溶液。
将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。标记为C2。
4.3)MFC反应器(C3)的组装
阳极液的制备：取80mL玉米芯热水解液和20mL实验室运行成熟的MFC反应器的阳极室出水，加入1.032g Na2HPO4、0.332g NaH2PO4、0.031g KCl和0.013g NH4Cl，混合均匀，使用1mol/L的NaOH和HCl溶液调节pH至7.0，制成阳极液；阳极液中，Na2HPO4的浓度为10.32g/L、NaH2PO4的浓度为3.32g/L、KCl的浓度为0.31g/L、NH4Cl的浓度为 0.13g/L。
阴极液的制备：取16.63g K3[Fe(CN)6]和3.36g KCl，加入1000mL去离子水中，磁力搅拌均匀，得K3[Fe(CN)6]溶液。
将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。标记为C3。
(二)性能检测
当观测到MFC的输出电压低于50mV时，更换阴阳极室的溶液。在第一次接种后阳极液底物消耗完毕后更换阳极进水时只需要加入对应的COD浓度稀释到1000mg/L的玉米芯热水解液、玉米芯酶解液和玉米芯水解酸化液即可，不需要重新接种。
1、对使用三种碳源液产电的MFC反应器进行电化学测试
使用去离子水将阳极液的COD初始浓度稀释到1000mg/L，将阳极液加入反应器的阳极室中并使用氮气曝气去除阳极液中的溶解氧，其中三种碳源液的各组分浓度如表1所示。阴极室均加入K3[Fe(CN)6]溶液，在外接1000Ω的电阻连接好线路后进行电压观测，在反应器稳定运行多周期后进行功率密度和极化曲线的测试。
图7为C1、C2、C3反应器稳定运行后的四周期电压曲线图，在运行过程中C1、C2、 C3反应器的最高输出电压分别为684mV、657mV、679mV。
图8为C1、C2、C3反应器经过多周期更换外阻法测得的功率密度与极化曲线，其中C1、C2、C3反应器的最大功率密度分别为912.6mW/m2、821.4mW/m2、810.3mW/m2，最大开路电压分别为0.719V、0.712V、0.704V。
表1：三种溶液经稀释后的初始COD浓度与各组分浓度
| 碳源种类 | COD浓度(mg/L) | 还原糖浓度(g/L) | VFAs浓度(g/L) |
| 热水解液 | 1012 | 0.5 | 0.2 |
| 酶解液 | 1025 | 0.8 | 0.002 |
| 水解酸化液 | 1048 | 0.009 | 0.7 |
2、对MFC使用三种碳源液产电过程中阳极液消耗COD、挥发酸、还原糖的情况进行探究
分别在6、12、24、48、72、96h时，对C1、C2、C3反应器中阳极室的溶液进行取样进行COD浓度测试，与此同时对C1反应器主要含有的挥发酸、C2反应器主要含有的还原糖以及C3反应器兼有的还原糖和挥发酸进行浓度测试。
如图9和图10所示，反应器C1、C2、C3在96h反应结束时阳极室溶液的COD浓度分别为108mg/L、147mg/L、184mg/L，COD分解率分别为89.3％、86％、82％。此时反应器 C1阳极液的挥发酸浓度为0.067g/L，挥发酸的分解率为90％。反应器C2阳极液的还原糖浓度为0.07g/L，还原糖分解率为88.8％。反应器C3阳极液的还原糖浓度为0.067g/L，还原糖分解率为86.6％，挥发酸浓度为0.031g/L，挥发酸的分解率为84.6％。MFC反应器对还原糖和挥发酸均呈现出良好的分解效果。
实验得到的结果较为理想，三种碳源液中均含有可被产电菌利用的营养物质，实现了利用MFC分解废弃玉米芯产电，相比较之前玉米芯直接作为燃料燃烧，使用MFC利用玉米芯发电可以很好解决环境污染问题，还可以产生电能。本发明使用不同的玉米芯水解液产电时电压在较短时间内即可以达到最高值，与此同时三个反应器对不同处理方式得到的玉米芯水解液的COD分解率以及各组分的分解率均很高，这说明使用MFC反应器用来处理玉米芯发电是可行的。由实施例可见，本发明解决了大量废弃玉米芯无法得到妥善处置的问题，使用MFC处理玉米芯的流程不需要投入过多人力资源，具有很高的实践性和可行性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种利用MFC处理废弃玉米芯的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
步骤1：将玉米芯粉碎成粉，取玉米芯粉与去离子水混合后加入反应釜中，放入烘箱中进行水热处理，冷却后，过滤，取滤液为玉米芯热水解液；水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥，备用；
步骤2：取步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶和去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在振荡摇床中进行酶解反应，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液；
步骤3：取步骤2得到的玉米芯酶解液与厌氧颗粒污泥混合，在振荡摇床中进行水解酸化反应，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液；
步骤4：以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，注入MFC反应器的阳极室中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述水热处理是，180℃下水热处理30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述酶解反应是，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中酶解反应12h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述水解酸化反应是，在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中水解酸化反应16h。
5.一种利用MFC处理废弃玉米芯产电的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
步骤1：将玉米芯粉碎成粉，取玉米芯粉与去离子水混合后加入反应釜中，放入烘箱中，180℃下水热处理30min，冷却后，过滤，取滤液为玉米芯热水解液；水热处理后的玉米芯残渣，冲洗干燥，备用；
步骤2：取步骤1得到的水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶和去离子水混合后，加入杜兰瓶中密封，在温度设置为35℃，转速设置为105rpm/min的振荡摇床中酶解反应12h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯酶解液；
步骤3：取步骤2得到的玉米芯酶解液与厌氧颗粒污泥混合，在温度设置为35℃，转速设置为120rpm/min的振荡摇床中水解酸化反应16h，反应结束后，过滤，取滤液为玉米芯水解酸化液；
步骤4：以玉米芯热水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液作为阳极室碳源底物，与微生物菌液和电解质混合均匀制成阳极液；将阳极液加入到MFC反应器的阳极室中，将阴极液加入到MFC反应器的阴极室中，在阳极室和阴极室内设置碳刷电极，外接电阻连接导线形成闭合回路。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中，水热处理后的玉米芯残渣与纤维素酶的质量比为14-15:1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述微生物菌液来源于生活污水或运行成熟的MFC反应器中的阳极室出水。
8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述电解质包括Na2HPO4、NaH2PO4、KCl和NH4Cl。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述阳极液的制备方法包括如下步骤：按体积比4:1，取玉米芯水解液或玉米芯酶解液或玉米芯水解酸化液和微生物菌液，加入Na2HPO4、NaH2PO4、KCl和NH4Cl，混合均匀，用1mol/L的NaOH和HCl溶液调节pH至7.0，制成阳极液；阳极液中，Na2HPO4的浓度为10.32g/L、NaH2PO4的浓度为3.32g/L、KCl的浓度为0.31g/L、NH4Cl的浓度为0.13g/L。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述阴极液是K3[Fe(CN)6]溶液。
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