[发明专利]一种可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统

说明书

本发明公开了一种可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统，旨在主要通过电刺激的方法，利用间歇性外加场强对制氢微生物的作用，增加其生长速度和代谢活性，强化其制氢能力，促进制氢产量。基于圆盘电极的旋转特性，可进一步促进制氢微生物的生长，减少氢气泡的附壁效应，降低产物抑制作用，形成一套厌氧的可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统。该系统主要包括：微生物制氢反应装置，旋转圆盘阳极碳布电极，旋转圆盘阴极碳毡电极，控温装置，进料口，出料口，实验电源，进出阀，夹套，采集器和橡胶圈等。

技术领域

本发明涉及一种可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统，属于生物电化学、生物化工、微生物与能源交叉领域。

背景技术

微生物制取“绿氢”将成为我国氢能源供应新的发展方向。目前微生物生长缓慢、制取氢气的产量较低，如何提高微生物制氢的产量是亟需解决的问题之一。随着电化学理论和电化学方法的发展越，电化学被广泛地应用在材料科学、环境保护、生物化工等相关领域，形成新的应用交叉领域，如生物电化学。

微生物在外加电场的刺激作用下，能激励微生物生长代谢过程的离子泵作用或改变细胞膜的通透性等，从而促进微生物的生长。当电场强度达到一定值，电极产生的大量自由基可使其在一定的电流密度下促进整个菌群的波动生长，其远高于正常培养的菌群生长速度，克服其生长过程缓慢的缺点。可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统通过调节电场强度刺激微生物生长，提高微生物制氢的产量和产率，为未来利用外加电场强化于微生物制氢的生物化工过程提供了一个新的趋势。

发明内容

本发明克服了现有制氢微生物生长代谢缓慢的缺点，提供了一种加速制氢微生物生长代谢，提高制氢产量的方法，实现了微生物制氢的强化。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种可控旋转圆盘电极强化微生物制氢系统，其组成依次包括：微生物制氢反应装置，阳极镀银电极，阴极碳毡电极，控温装置，进料口，出料口，实验电源，进出阀，夹套，采集器和橡胶圈。

本发明中，阳极电极的碳布电极，阴极电极为碳毡电极，与实验电源连接，通过控制器调控电流大小，动态改变场强。微生物制氢系统通过改变电极转速、场强和电刺激时间，调控底物和产物的传质，提高制氢产量和产率。

系统设计采用了圆形电极片，优选的是圆盘阳、阴电极对不偏心，电场稳定，有利于电场作用于制氢微生物，提高制氢产量和产率。

优选的是，所述夹套由绝缘耐腐蚀材料制成，绝缘耐腐蚀材料可以是PP或PVC。

优选的是，所述的电极片在施加场强过程中，可以针对不同制氢微生物和环境，选择相应转速，旋转的电极片带动水体流动，减少水中气泡附壁，促进制氢微生物流动生长。

优选的是，所实验电源，控温装置，表面都涂覆一层防水涂层，使其可避免制氢微生物培养液渗透入所述系统内部。

优选的是，所述的实验电源，其特征在于：采用自动控制电路来实现间歇性场强，其间隔时间可设置为4/6/12小时三个时间档。

优选的是，所述电极片的旋转与微生物制氢系统腔壁之间设置橡胶圈，采用的是丁腈橡胶O形圈，结构简单，密封性能良好，同时在电极片旋转时，能受一定挤压，将摩擦损耗降至最小。

与现有技术相比，本发明专利有益的效果为：通过实验电源间歇性的电刺激，有助于增强细胞膜的通透性，利于底物和产物的传质。圆盘电极不偏心，确保稳定的实验场强，有助于制氢微生物的生长代谢，增加其生物量，提高氢气的产量，同时电极的旋转有助于制氢微生物菌群的波动生长，且减少气泡附壁，降低产物抑制作用，进一步提高制氢产量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：上述方法中，所述的圆盘电极的阳极为直径为4cm的碳布电极，阴极为直径为4cm碳毡电极。初始电压为2V，圆盘电极在实验过程中采用低转速，设置为150rpm，旋转20min，间歇时间1h；实验采用间歇电场作用，电场作用时间为6h，间歇时间为6h。在此条件下，产氢大肠杆菌的OD_600nm值比未经电场作用的产氢大肠杆菌的OD_600nm值高0.05，氢气产量增加了47.6%。