[发明专利]一种藻类阴极双室微生物燃料电池及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及了一种微生物燃料电池及其应用，更具体的说是一种藻类阴极双室微生物燃料电池及其应用。

背景技术

随着世界范围内的工业发展和人口增长，能源危机日趋严重。现有的发电方式，如燃煤、水力、风能、太阳能以及核能发电等，都存在着难以克服的弊端，如矿藏量减少、产电连续性以及电能的收集困难等。

目前，微生物燃料电池(microbial fuel cell)代表了最新的发电方式-利用细菌氧化有机物产电。其工作原理是利用微生物(产电菌)的催化作用，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种生物电化学装置。附着在电池阳极的微生物氧化有机物质，放出质子和电子；电子通过外电路传递至阴极，质子通过质子交换膜传递至阴极；电池阴极的电子受体接受电子，完成整个产电过程。

微生物燃料电池的用途主要有：海底自动发电、生物修复、生物传感器和废水处理。其中，废水处理是公认的微生物燃料电池最有前途的应用领域。

虽然各国的研究者对微生物燃料电池在运行机理和构型等方面都进行了研究，但是还存在一些未能解决的问题，如：阴极反应速率的提高等。微生物燃料电池中最常见的阴极电子受体为空气中的氧气，阴极发生的化学反应为：1/2 O₂+2H⁺+2e^-→H₂O。阴极反应速率是微生物燃料电池产电的主要限制因素，阴极功能的优化对于电池性能的提高最为关键。在没有外加氧化剂存在时，由于自然通气状态下供氧不足，阴极发生的还原反应速率较低，导致产电性能较差。为解决这一问题，通常采用曝气或者加入催化剂来加速阴极反应，但同时也增加了电池的制造及运行成本。

随着工业的发展和人民生活水平的提高，全球范围的水体富营养化现象日趋严重。自然界的水体发生富营养化后，水中蓝藻等的处理也是一个非常棘手的问题。各种传统的蓝藻处理方法：如制肥料、饲料、沼气以及氢气等，都需要较高的成本，且面临着原料不稳定等多种技术障碍，因而需要寻求更为简便而经济的再利用途径。

已有研究者将蓝藻应用于微生物燃料电池的阳极，协助产电过程。

专利CN 101330156A公开了一种将蓝藻水与葡萄糖混合液为进水的沉积型微生物燃料电池，实现产电。在该发明中，蓝藻以自身的有机物质作为碳源，通过产电微生物将其分解，放出电子，实现产电。此沉积型微生物燃料电池在稳定状态下，功率密度均低于3mW/m²。

专利CN 101409355A公开了一种将藻类和光合细菌接入阳极的微生物燃料电池。该发明中，藻类和光合细菌通过在阳极光解水，放出电子和质子，与阴极的电子受体铁氰化钾结合，完成产电过程。基于该原理，为使光解水产生的电子有效传递至阴极，需要将藻类进行固定在电极上。其阳极需要预先加入培养皿中进行藻类富集，形成成熟的生物膜，经历一个预处理过程。

发明内容

1.发明解决的技术问题

为解决微生物燃料电池中阴极对产电限制的问题，本发明提供了一种藻类阴极双室微生物燃料电池及其应用，将富营养化水体中的蓝藻等直接加入双室微生物燃料电池阴极，使得生物燃料电池行使产电功能的同时，蓝藻等也可以得到有效的利用。

2.技术方案

本发明的原理：将富营养化水体中的蓝藻等直接加入双室微生物燃料电池阴极，基于藻类的光合作用，以其构建阴极半电池，放出氧气，与通过外电路来自阳极的电子结合生成水，协助完成整个产电过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双室微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，两室中装有电解液，阳极室接种厌氧污泥；阴极室接种蓝藻，光源辐照。