[发明专利]一种农业固废资源化利用方法

说明书

本发明提供了一种农业固废资源化利用方法，其特征在于，所述农业固废为天然生物质材料，将其制成生物质电极，并制成以该生物质电极为阳极的MFCs。发明应用于微生物燃料电池的阳极，显示出较好的产电效果，有效地实现农业固废资源化利用。本发明成本低廉、操作简单且制备出的电极导电率高、生物兼容性好，有利于微生物在阳极表面生长附着、繁殖。此外，其3D大孔结构有效的避免了生物膜堵塞基质运输通道，提高了基质利用率，从而提高MFCs系统能量输出。

技术领域

本发明涉及一种农业固废资源化利用方法，具体涉及一种农业固废生物质电极作为微生物燃料电池中阳极的制备方法，属于农业固废资源化技术领域。

背景技术

能源与水资源的短缺，已成为全球亟待解决的难题。开发清洁能源与绿色可持续能源成为研究者们的关注热点^[1]。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,

MFCs)作为集污水处理与生物产电于一体的新型可持续清洁能源装置，利用阳极室中活性微生物的催化作用，将有机物降解生成CO₂、质子以及电子。电子通过一组呼吸酶从胞内传到胞外，再由阳极经过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜与阴极的电子以及最终电子受体如O₂结合生成水，同时从该过程中获得电能，是当今废物资源化利用的趋势，有望能够解决水资源短缺与可再生能源回收的难题^[2]。目前，MFCs在实际工程中难以得到大规模应用，主要是受到功率输出较低的限制^[3]。

农业固废是在农业生产活动中产生的固体废弃物质，这些废弃物质如莲蓬等大多能制成生物炭。生物炭之所以受到了研究者们的热捧，主要是由于其独特的3D大孔结构。这种结构在经过高温煅烧后，仍然保持完整的3D形状。此外，大孔径结构在煅烧过程中能够产生更多的介孔或微孔^[3]，这极大地增加了材料的比表面积，为微生物提供了更多的附着位点，同时加快了物质传输过程，从而系统能量输出得到较大的提高^[4]。

天然生物炭材料绿色环保，方便易得，在大规模的MFCs应用中具有广阔的前景。如能利用农业固废制备天然生物质电极应用于MFC中，可以有效实现农业固废的资源化和能源化。

[1]Sun M.,Zhai L.-F.,Li W.-W.,Yu H.-Q.Harvest and utilization ofchemical energy in wastes by microbial fuel cells[J].Chemical SocietyReviews,2016,45(10):2847-2870.

[2]Logan B.E.,Elimelech M.Membrane-based processes for sustainablepower generation using water[J].Nature,2012,488(7411):313-319.

[3]Sonawane J.M.,Yadav A.,Ghosh P.C.,Adeloju S.B.Recent advances inthe development and utilization of modern anode materials for highperformance microbial fuel cells[J].Biosensors&Bioelectronics,2016,90:558-576.

[4]Zhou M.,Chi M.,Luo J.,He H.,Jin T.An overview of electrodematerials in microbial fuel cells[J].Journal of Power Sources,2011,196(10):4427-4435.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种农业固废资源化利用方法。