(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201410680761.6
(22)申请日 2014.11.25
H01M 8/16(2006.01)
H01M 4/86(2006.01)
(71)申请人广东工业大学
地址510006 广东省广州市番禺区广州大学
城外环西路100号
(72)发明人尹光彩 李文聪 牛艳 黄绍松
魏如鹏 江楠 刘佳赟 刘志敏
(74)专利代理机构北京知本村知识产权代理事
务所 11039
代理人
刘江良
(54)发明名称
料电池
(57)摘要
种以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料
电池，其由两个亚克力有机玻璃的半开合盒子拼
接而成，中间为两片夹着质子交换膜的橡胶软垫，
由螺母螺片固定，质子交换膜把电池分隔成阴阳
两极室。本发明把微生物燃料电池和治理水浮莲
粉碎物的时候放出的能量转换成电能，过程产生
的废气的主要组分是二氧化碳和水，不需要进行
废气处理，无二次污染，洁净环保，安全系数高，电
池在具备产能的同时能处理利用水浮莲，从而解
决了水浮莲大量堆积无法高效利用的问题，并开
辟了一种新合理利用的方法。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书8页 附图4页
(10)申请公布号CN 104409759 A (43)申请公布日2015.03.11
C N 104409759
A
1.一种以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池，其由两个亚克力有机玻璃的半开合盒子拼接而成，中间为两片夹着质子交换膜的橡胶软垫，由螺母螺片固定，质子交换膜把电池分隔成阴阳两个极室，两个极室结构相同且呈现轴对称状，每个极室相对着质子膜的另一面有机玻璃壁下方都具有一个小孔，用环氧树脂粘连着一条排液用的塑料导管，由止水夹夹紧防漏。
2.如权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于：每个极室上方都有三个孔，靠每个极室中间的是大孔，插入用胶塞固定好的电极，大孔左边的一个大孔，是用来添加溶液用的，不使用时用塞子塞住；中间的大孔后方有个小孔，其中阳极室的那个小孔用来插入参比电极的，阴极室的那小孔既是用来插入参比电极，又是插入气泵导管的插口。
3.如权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于：阳极室还有一粒四氟磁力搅拌子。
4.如权利要求1-3任一项所述的微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极溶液的组成包括：水浮莲粉末悬浮液，降解水浮莲的细菌，缓冲溶液，亚甲基蓝；其中，添加细菌进入微生物燃料电池的方法是：把菌液从恒温培养箱转至超净工作台，把菌液摇匀后，用移液吸取菌液快速加入微生物燃料电池的阳极室中，加入完马上盖上胶塞，并开始运行电池。
5.如权利要求4所述的微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极溶液的组成其中所述
的缓冲溶液的缓冲剂是NaH
2P0
4
溶液，溶液PH值为6.8。
6.如权利要求4所述的微生物燃料电池，其特征在于：阴极溶液的组成包括：铁
氧化剂和缓冲溶液，其中缓冲剂为NaH
2P0
4
，溶液PH值为6.0。
7.如权利要求4所述的微生物燃料电池，其特征在于：所述水浮莲粉末悬浮液，是由水浮莲活体经过洗净、剪碎、烘干、磨粉、溶解工序制成；其中烘干为风干过程，保证无菌干燥，磨粉采用高速植物粉碎机保证粉末颗粒基本均一。
8.如权利要求4所述的微生物燃料电池，其特征在于：所述降解水浮莲的细菌是能产生纤维素酶的细菌。
9.如权利要求8所述的微生物燃料电池，其特征在于：所述降解水浮莲的细菌是从水浮莲的根系附近采集污泥后，用接于纤维素琼脂平板筛选纯化培养获得的，其优选的纯化培养方法如下：
①将10g土壤采集样品加入500ml水稀释摇匀后，取10ml溶液接于水浮莲粉末液体培养基上，分别置于28℃和45℃培养箱中保持70%的湿度培养24h；
②将上述溶液分别按1:10000、1:100000、1:1000000的比例进行稀释，摇匀后，每个吸取1 ml稀释液分别放入无菌培养皿中，将纤维素刚果红培养基倒入制作混菌平板，分别置于28℃和45℃培养，挑选出在平板上生长快、红浓郁且水解圈大的培养物；
③将上述在平板上生长快、红浓郁且水解圈大的培养物用灭菌后的接种环接种于赫奇逊培养液中，置于28℃和55℃的培养箱中培养10-15天，55℃培养箱中保持70%的湿度，将滤纸条分解断裂快的培养物挑选出来，结合显微镜检查进行判别；将挑取出的培养物在接甲基纤维素培养基上反复划线和用稀释平板法筛选出单个菌落，结合显微镜镜检，多次重复用平板划线法和稀释平板法筛选，直至纯化得到纯菌株。
10.水浮莲用于微生物燃料电池的应用，其特征在于，以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物，并添加能产生纤维素酶的细菌的缓冲液体系作为燃料电池的阳极溶液，优选阳极溶液
的PH值为6.8。
以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池
技术领域
[0001] 本发明涉及微生物燃料电池领域，具体涉及以水浮莲粉末悬浮液作为微生物电池的阳极底物。
背景技术
[0002] 微生物燃料电池(Microbial fuel cell，简称MFC)是一种特殊的燃料电池，利用微生物(Microbe)作
为生物催化剂，直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置。MFC 可以利用不同的碳水化合物，同时也可以利用废水中含有的各种复杂物质。它能是一种利用细菌作为催化剂，氧化有机或无机物质，同时产生电流的装置。细菌与底物作用产生的电能转移到阳极上（负极端）然后通过外电路，经过带有电阻的导电材料或者带动负载工作，最终电流留到阴极（正极端）。依据惯例，带正电荷的电流从正极出发流通至负极，与电子流动方向正相反。这种装置必须能够使在阳极上氧化的底物得到持续的或间歇的补充，否则这个电池只能作为一个生物电池。
[0003] 目前，现有的微生物燃料电池设备一般采用双式或单式结构，单室型和双室型均可稳定地输出电能，而国内外多数微生物燃料电池研究的是以有机废水、污泥、植物根系分泌物等物质作为阳极底物，其运用具有较为狭窄的地域性，处理成本较高，对环境要求较为苛刻，这些都大大制约了微生物燃料电池的发展。
[0004] 水浮莲的中文学名为凤眼莲，又名水葫芦、水葫芦苗、凤眼蓝，拉丁学名为Eichhornia crassipes，英文名：water hyacinth。单子叶植物纲、鸭蹠草目、雨久花科、凤眼莲属的凤眼莲，是一种繁殖能力极强的水上浮生植物。由于水浮莲生长的适宜温度是28~30度，因此在我国南方生长旺盛，0.07公顷水面的水浮莲约有13万株（约1.8~2.5万吨）。特别是近年来，由于气候和环境的不断恶化，水浮莲在世界各地和我国华南、华东、华中和华北地区生长泛滥，其被视为一种污染环境的有害生物，困扰着我国绝大多数南方城市，由于水葫芦繁殖快，易在生长区内形成优势物种，导致其它水生植物的减
少甚至消灭，并且会降低光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长。当水葫芦大量繁殖时，就会造成严重的环境和社会问题，包括阻断航道，影响航运和排泄；限制水体流动，破坏水生生态环境；破坏饮水资源；加大水的蒸发量，造成水源流失等。
[0005] 目前，水浮莲主要是作为城市垃圾处理，不仅造成了资源和资金的浪费，而且易腐烂和产生高浓度有机废水，严重污染环境。现有技术中已存在一些处理水葫芦的方法，例如，专利号：201310445200涉及提取制备低聚木糖的方法；申请号：201310241578.1涉及水浮莲提取蛋白酶粉；专利号：200910212677涉及利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，其中在强化处理中接种乳酸菌种子液，最后发酵等步骤得到有机肥。
[0006] 为解决水浮莲产生的危害，研究者们对水浮莲进行资源化开发，包括利用水浮莲生产动物饲料，制备生物有机肥和用于生物能源等。但是，水浮莲的这些资源化开发需要投入大量的开发成本，水浮莲的利用率低，产生的附加值低。所以如果能高效处理打捞出来的水浮莲，将大大提水浮莲的废物利用率。
发明内容
[0007] 本发明的主要目的就是在现有技术的基础上，设计出新型的以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池。本发明把水浮莲与微生物燃料电池结合在一起，通过以水浮莲粉末悬浮液作为微生物燃
料电池的阳极底物，利用微生物对阳极液中的有机底物的作用而产生电能，本方法环境友好，具备产能以及水浮莲废物利用两方面的效果，从而为微生物燃料电池产电的同时利用水浮莲开辟了一种新的方法。
[0008] 本发明提供的技术方案是：一种以水浮莲粉末悬浮液为阳极底物的微生物燃料电池，其由两个亚克力有机玻璃的半开合盒子拼接而成，中间为两片夹着质子交换膜的橡胶软垫，由螺母螺片固定，质子交换膜把电池分隔成阴阳两极室，所述两个极室结构相同且呈现轴对称状，每个极室相对着质子膜的另一面有机玻璃壁下方都具有一个小孔，用环氧树脂粘连着一条排液用的塑料导管，由止水夹夹紧防漏。
[0009] 进一步地，所述的微生物燃料电池，每个极室上方都有三个孔，靠每个极室中间的是大孔，插入用胶塞固定好的电极，大孔左边的一个大孔，是用来添加溶液用的，不使用时用塞子塞住；中间的大孔后方有个小孔，其中阳极室的那个小孔用来插入参比电极的，阴极室的那小孔既是用来插入参比电极，又是插入气泵导管的插口。
[0010] 进一步地，所述阳极室还有一粒四氟磁力搅拌子。
[0011] 所述的微生物燃料电池，所述阳极溶液的组成：水浮莲粉末悬浮液，降解水浮莲的细菌，缓冲剂，亚甲基蓝；其中，添加细菌进入微生物燃料电池的方法：把菌液从恒温培养箱转至超净工作台，把液体培养基摇匀后，用移液反复吸取菌液快速加入微生物燃料电池的阳极室中，加入完马上盖上胶塞，
开始运行电池。
[0012] 所述的微生物燃料电池，所述阳极溶液的组成其中所述的缓冲剂是NaH2P04溶液，亚甲基蓝微量，溶液PH值为6.8。
[0013] 所述的微生物燃料电池，阴极溶液的组成：铁氧化剂，缓冲溶液：缓冲剂
NaH
2P0
4
，溶液PH值为6.0。
[0014] 所述的微生物燃料电池，所述水浮莲粉末悬浮液，是由水浮莲活体经过洗净、剪碎、烘干、磨粉、溶解等工序制成；其中烘干为风干过程，保证无菌干燥，磨粉采用高速植物粉碎机保证粉末颗粒基本均一。
[0015] 所述降解水浮莲的细菌是能产生纤维素酶的细菌。
[0016] 所述降解水浮莲的细菌是从水浮莲的根系附近采集污泥后，用接于纤维素琼脂平板筛选纯化培养获得的。
[0017] 所述的微生物燃料电池，上述纯化培养方法如下：
①将10g土壤采集样品加入500ml水稀释摇匀后，取10ml溶液接于水浮莲粉末液体培养基上，分别置于28℃和45℃培养箱中保持70%的湿度培养24h。
[0018] ②将上述溶液分别按1:10000、1:100000、1:1000000的比例进行稀释，摇匀后，每个吸取1 ml稀释液分别放入无菌培养皿中，将纤维素刚果红培养基倒入制作混菌平板，分别置于28℃和45℃培养，挑选出在平板上生长快、红浓郁且水解圈大的培养物。[0019] ③将上述在平板上生长快、红浓郁且水解圈大的培养物用灭菌后的接种环接种于赫奇逊培养液中，置于28℃和55℃的培养箱中培养10-15天，55℃培养箱中保持70%的
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