[发明专利]生物电化学系统膜电极集成驯化方法、装置及其应用

权利要求书

1.一种生物电化学系统膜电极集成驯化方法，其特征在于：将产电微生物定向富集与生物膜电极集成驯化两种过程相结合；微电场刺激下产电微生物在阳极氧化底物并提供电子传递到阴极，在外电路形成闭合回路产生电流，进而实现产电微生物在阳极的定向富集；微电场刺激下产电微生物在阳极定向富集，从而实现生物膜电极集成驯化；将多个微生物燃料电池并联，每个微生物燃料电池自成一体，分别由阴极、生物阳极、可调电阻控制电路板负载电阻形成完整回路，同时所有阴极、生物阳极处于同一个阴极室和阳极室，在一致的培养条件下确保生物膜电极集成驯化。

2.一种生物电化学系统膜电极集成驯化装置，其特征在于：包括生物膜电极驯化单元、可调电阻控制电路板（12）、数据采集系统，生物膜电极驯化单元主要为厌氧环境下产电细菌富集、生物膜电极批量驯化场所，可调电阻控制电路板（12）用于调节生物膜电极外电路负载电阻，数据采集系统用于负载电阻两端电势差及其他相关电化学参数的采集、记录与分析；

所述的生物膜电极驯化单元包括阴极室（1）、阳极室（2）、质子交换膜（3）和多组电极体系，所述的电极体系包括阴极（4）、生物阳极（5）、参比电极（10）以及导电钛线（9）；

所述的数据采集系统包括多通道数据采集器（13）和装有数据记录软件的电脑（14）；

所述的生物膜电极驯化单元的阴极室（1）和阳极室（2）由质子交换膜（3）分隔，通过法兰固定，阴极室（1）和阳极室（2）正对分别设置多组阴极孔槽（6）、阳极孔槽（8）和参比电极孔槽（7）用于电极固定，其中参比电极孔槽（7）设置在阳极室顶部阳极孔槽（8）附近，阴极（4）和生物阳极（5）分别通过导电钛线（9）连接并固定于阴极孔槽（6）和阳极孔槽（8），参比电极（10）固定在参比电极孔槽（7），两极室（1）和（2）两侧间隔均匀设置三个排水口（11），并安装阀门用于水样采集及营养液更换，驯化装置外部用石蜡密封保持其厌氧环境；

 对应阴极（4）和生物阳极（5）连接的导电钛线（9）通过导线与可调电阻控制电路板（12）接线端子相连，多通道数据采集器（13）数据采集通道并联于可调电阻控制电路板（12）电阻两端，多通道数据采集器（13）连接装有数据记录软件的电脑（14）。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的阴极（4）为304不锈钢网电极，生物阳极（5）为石墨毡电极，质子交换膜（3）为CMI7000。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的可调电阻控制电路板（12），由十组接线端子，电阻值分别为10Ω、50Ω、100Ω、300Ω、500Ω、750Ω、1000Ω、3000Ω、7500Ω、10000Ω的电阻，与相应的拨码开关连接而成，每对阴极（4）和生物阳极（5）连接一组接线端子，通过控制拨码开关，同时控制所有微生物燃料电池的负载电阻。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：使用多通道数据采集系统（13），拥有多组数据采集端口，每个数据采集端口包括一根阴极接线、一根阳极接线和一根参比电极接线，每个数据采集端口阴阳极接线以并联的方式连接于相应阴极（4）和生物阳极（5）所接可调电阻控制电路板（12）负载电阻接线端子的两端，参比电极接线连于参比电极（10），通过多通道数据采集器（13）连接的装有数据记录软件的电脑（14），同时采集每对电极的负载电压及阳极电位，进而绘制极化曲线。