CN101188306A - 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法 - Google Patents

微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101188306A
CN101188306A CNA2007101448049A CN200710144804A CN101188306A CN 101188306 A CN101188306 A CN 101188306A CN A2007101448049 A CNA2007101448049 A CN A2007101448049A CN 200710144804 A CN200710144804 A CN 200710144804A CN 101188306 A CN101188306 A CN 101188306A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stalk
anode chamber
fuel cell
microbiological fuel
straw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101448049A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100588019C (zh
Inventor
冯玉杰
王赫名
于艳玲
王鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN200710144804A priority Critical patent/CN100588019C/zh
Publication of CN101188306A publication Critical patent/CN101188306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100588019C publication Critical patent/CN100588019C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法，它涉及一种燃料电池及发电的方法。本发明能够解决农作物秸秆没有得到有效利用，特别是秸秆固体在MFC中没有直接利用的问题。本发明的微生物燃料电池由容器、催化阳极、阳极导线、空气阴极、阴极导线、阴极盖和密封盖组成。本发明的方法为：一、秸秆的预处理；二、秸秆的解毒处理，得到秸秆固体底物和秸秆液体底物；三、电池的启动；四、处理秸秆固体底物或秸秆液体底物。本发明用秸秆固体底物产电时，电池最大功率密度达到502mW/m2，降解率为45％左右。用秸秆液体底物产电时，最大功率密度达到1288mW/m2，COD的降解率为60％。本发明的工艺简单、操作方便、效率高、无污染、节约成本，缓解了能源危机并且农村秸秆得到了有效利用。

Description

微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池及发电的方法。
背景技术
随着能源供求关系的不平衡，人们更加重视对后续能源的开发，并强调能源形式的多样化。而早在1912年时，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，把它放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界上第一个微生物燃料电池(MFC)。可是对于MFC的研究一直都没有新的突破。直到人们尝试使用富含有机物的污水来发电，MFC的研究才有所进展。可是研究工作还是一直停留在利用生活污水来发电，对于利用其它生物质，例如农作物秸秆作为底物的MFC还研究甚少。农作物秸秆通常指小麦、玉米、水稻、薯类、甘蔗、棉花和其他农作物在收籽实后剩余部分，是一种具有多种用途的可再生资源。自古就是人们日常生活所用的主要燃料，另外还用来饲养家畜和沤制肥料。然而随着社会的发展和人们生活水平的提高，农村生活用能结构发生了改变，生活用秸秆数量大幅度减少。化肥的大量使用在一定程度上降低了秸秆沤肥还田率。这些传统的秸秆利用方式逐渐被人们所放弃，但现代科学的秸秆利用方式和意识尚未完全建立，致使农作物秸秆大量剩余。我国是农业大国，现在每年农村的秸秆量就有6.5亿t，到2010年将达7.26亿t，相当于3亿t标煤的热值(每kg秸秆含热值相当于0.4213kg标煤)。如果这些秸秆不加以科学有效的利用，简直是一笔很大的浪费。目前，受到人们广为关注的研究是将秸秆转换为各种能源载体，如酒精、生物沼气和氢气。但由于这种转换为能源载体的方法是间接产能，能源载体需要经过燃烧才能将储存的能量释放出来，这就导致工艺的复杂、成本上升和环境污染。另一方面，发酵产生的氢气虽然燃烧后产物无污染，但却受限于理论产氢量较低，因而还没有很好的发展。综上，目前能源日益匮乏，大量的农作物秸秆没有得到有效的利用，并且在MFC中还没有以秸秆固体产电方面的研究。
发明内容
本发明的目的是为缓解能源危机，解决农作物秸秆没有得到有效利用，特别是秸秆固体在MFC中没有直接利用的问题，提供一种微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法。
本发明的微生物燃料电池是由容器1、催化阳极2、钛丝3、阳极导线4、空气阴极5、钛片6、阴极导线7、垫圈8、阴极盖11和密封盖13组成；容器1剖面形状为侧倒“凸”字型，容器1的小端开口，大端封闭；容器1大端的顶部用密封盖13封闭，密封盖13上设置有进料口10和小孔12，钛丝3的上部与小孔12固定连接，钛丝3的下端与催化阳极2的上端固定连接，容器1大端的底部设置有出料口9，容器1开口端依次设置有垫圈8、空气阴极5及阴极盖11并且容器1开口端由垫圈8、空气阴极5及阴极盖11封口，垫圈8和阴极盖11的孔径与容器15小端的内径相同，空气阴极5的上部与钛片6的下部连接，钛丝3引出的阳极导线4和钛片6引出的阴极导线7与外电路连接，容器1、空气阴极5与密封盖13之间形成阳极室15，催化阳极2与空气阴极5之间的间距不小于1cm。所述的催化阳极2由碳纸、碳布、碳纤维、碳纳米管、玻璃碳、石墨毡、颗粒石墨、泡沫镍和不锈钢板中的任一种制成。所述的空气阴极5采用碳纸、碳布、石墨中的任一种制成；并且空气阴极5上负载有0.10～0.35mg/cm2的Pt催化剂。
本发明采用微生物燃料电池利用秸秆发电的方法是由下述步骤实现的：一、秸秆的预处理：采用汽爆法处理秸秆，得到秸秆汽爆料；二、秸秆的解毒处理：a、按每毫升蒸馏水加入0.25～20g秸秆汽爆料的配比将步骤一得到的秸秆汽爆料加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌1～3h，再用Ca(OH)2固体调节pH至10～11之间，再在25～80℃的水浴中解毒30～50min；b、将经步骤a处理后的反应液抽滤，保留滤液，按每克固体加入5～10mL蒸馏水配比向过滤后的固体中加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌10～30min；将抽滤和洗涤的操作重复四至五次，保留滤液，然后将抽干后的秸秆汽爆料在80～105℃下烘干至恒重得到秸秆固体底物，收集滤液得到秸秆液体底物；三、启动微生物燃料电池：向微生物燃料电池的阳极室15内加入葡萄糖、水、pH7.0缓冲溶液和生活污水，其中葡萄糖的重量与容积的比为0.1～0.8g∶300mL，pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的1～20％，生活污水占阳极室15容积的1～20％，阳极室15余用空间用水补足，在环境温度为15～45℃条件下，利用生活污水中的产电菌启动微生物燃料电池；当电池电压低于40mV(在1000欧姆外电阻下)时，按上述配比加入葡萄糖和pH7.0缓冲溶液，并且加入水至充满阳极室15；待负载电压稳定在400mV(在1000欧姆外电阻下)以上，微生物燃料电池启动成功；四、处理秸秆：将经步骤二处理后的秸秆固体底物、水、纤维素降解混合菌群培养液和pH7.0缓冲溶液加入微生物燃料电池的阳极室15内通过纤维素降解混合菌群的分解代谢降低有机物浓度同时获得电能，秸秆固体底物加入量为1～17g/L，纤维素降解混合菌群培养液占阳极室15容积的1～30％，pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的5～20％，阳极室15剩余空间用水充满，工艺操作的条件：反应温度15～45℃。在步骤四中所述的纤维素降解混合菌群培养液按体积份数比由1份解纤维素醋弧菌培养液培养液、1份溶纤维拟杆菌培养液和1份粪碱纤维单胞菌培养液组成，解纤维素醋弧菌培养液、溶纤维拟杆菌培养液、粪碱纤维单胞菌培养液中的单位体积菌体数均为106～107个/mL。
与上述方法不同的是：在步骤四中采用步骤二得到的秸秆液体底物发电，即在步骤三中利用占阳极室15容积65％～91％、稀释后COD为1000～5000mg/L的秸秆液体底物，及占阳极室15容积的8～15％的pH7.0缓冲溶液和占阳极室15容积1％～20％的生活污水启动微生物燃料电池；再在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内按上述比例加入秸秆液体底物和pH7.0缓冲溶液，阳极室15剩余空间用水充满，利用微生物分解代谢降低有机物浓度同时获得电能。
原理：秸秆作为底物被细菌降解后，产生电子和质子。电子离开底物秸秆到达阳极，在经过导线和负载到达阴极，另一方面，质子由于浓度差也扩散到阴极。在阴极，电子、质子和氧气三者结合生成水，这样就产生持续的电流。
本发明的有益效果是：一、将汽爆秸秆经过解毒处理后分为固体和液体两部分，固液两部分均可作为反应器的底物(电子供体)来产电。二、这不仅可以直接产电，相比于氢气、乙醇等燃料气体要经过再次燃烧才能产能，秸秆MFC更方便简单，效率高，无污染，节约了再次燃烧的费用，成本低，缓解了能源危机，变废为宝，解决了农村秸秆的有效利用问题。三、反应器中虽有固体，但不需要搅拌，这不仅不会影响反应器中的传质，不影响产电性能，还在很大程度上节约了能量消耗，远远好于以往的需要搅拌的MFC装置。四、用固体部分做底物时，电压可达450mV(在1000欧姆外电阻下)，电池最大功率密度达到502mW/m2，降解率为45％左右(用质量表征)五、用液体部分作底物时，电压可达将近500mV(在1000欧姆外电阻下)，电池最大功率密度达到1288mW/m2，COD的降解率为60％。这也是处理工厂所产生的秸秆洗液废水的有效新途径。
本发明的微生物燃料电池为单室MFC反应器，相对于双室MFC反应器来说本实施方式装置的结构简单，并且内阻较小。而且本发明的微生物燃料电池还是一种空气阴极MFC反应器，其节省了传统的阴极需要曝气的装置，从而节省能源。
附图说明
图1是本发明秸秆微生物燃料电池的结构示意图，图2是具体实施方式二十六的电压曲线图，图3是具体实施方式二十七的电压曲线图，图4是具体实施方式二十八的电压曲线图，图5是具体实施方式二十九的电压曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1)本实施方式的微生物燃料电池是由容器1、催化阳极2、钛丝3、阳极导线4、空气阴极5、钛片6、阴极导线7、垫圈8、阴极盖11和密封盖13组成；容器1剖面形状为侧倒“凸”字型，容器1的小端开口，大端封闭；容器1大端的顶部用密封盖13封闭，密封盖13上设置有进料口10和小孔12，钛丝3的上部与小孔12固定连接，钛丝3的下端与催化阳极2的上端固定连接，容器1大端的底部设置有出料口9，容器1开口端依次设置有垫圈8、空气阴极5及阴极盖11并且容器1开口端由垫圈8、空气阴极5及阴极盖11封口，垫圈8和阴极盖11的孔径与容器15小端的内径相同，空气阴极5的上部与钛片6的下部连接，钛丝3引出的阳极导线4和钛片6引出的阴极导线7与外电路连接，容器1、空气阴极5与密封盖13之间形成阳极室15，催化阳极2与空气阴极5之间的间距不小于1cm。
本实施方式所述的进料口10与出料口9的位置可以根据需要灵活设置，以满足不同的需要。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是催化阳极2由碳纸、碳布、碳纤维、碳纳米管、玻璃碳、石墨毡、颗粒石墨、泡沫镍和不锈钢板中的任一种制成。其它结构和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是空气阴极5采用碳纸、碳布、石墨中的任一种制成；并且空气阴极5上负载有0.10～0.35mg/cm2的Pt催化剂。其它结构和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是空气阴极5上负载Pt催化剂的含量为0.15～0.30mg/cm2。其它结构和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是空气阴极5上负载Pt催化剂的含量为0.20mg/cm2。其它结构和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同的是空气阴极5上负载Pt催化剂的含量为0.25mg/cm2。其它结构和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式七：本实施方式采用具体实施方式一中所述的微生物燃料电池利用秸秆发电的方法是由下述步骤实现的：一、秸秆的预处理：采用汽爆法处理秸秆，得到秸秆汽爆料；二、秸秆的解毒处理：a、按每毫升蒸馏水加入0.25～20g秸秆汽爆料的配比将步骤一得到的秸秆汽爆料加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌1～3h，再用Ca(OH)2固体调节pH至10～11之间，再在25～80℃的水浴中解毒30～50min(水浴时用保鲜膜封好，以免水分蒸发)；b、将经步骤a处理后的反应液抽滤，保留滤液，按每克固体加入5～10mL蒸馏水配比向过滤后的固体中加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌10～30min；将抽滤和洗涤的操作重复四至五次，保留滤液，然后将抽干后的秸秆汽爆料在80～105℃下烘干至恒重得到秸秆固体底物，收集滤液得到秸秆液体底物；三、启动微生物燃料电池：向微生物燃料电池的阳极室15内加入葡萄糖、水、pH7.0缓冲溶液和生活污水，其中葡萄糖的重量与容积的比为0.1～0.8g∶300mL，pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的1～20％，生活污水占阳极室15容积的1～20％，阳极室15余用空间用水补足，在环境温度为15～45℃条件下，利用生活污水中的产电菌启动微生物燃料电池；当电池电压低于40mV(在1000欧姆外电阻下)时，按上述配比加入葡萄糖和pH7.0缓冲溶液，并且加入水至充满阳极室15；待负载电压稳定在400mV(在1000欧姆外电阻下)以上，微生物燃料电池启动成功；四、处理秸秆：将经步骤二处理后的秸秆固体底物、水、纤维素降解混合菌群培养液和pH7.0缓冲溶液加入微生物燃料电池的阳极室15内通过纤维素降解混合菌群的分解代谢降低有机物浓度同时获得电能，秸秆固体底物加入量为1～17g/L，纤维素降解混合菌群培养液占阳极室15容积的1～30％，所述的纤维素降解混合菌群培养液按体积份数比由1份解纤维素醋弧菌培养液培养液、1份溶纤维拟杆菌培养液和1份粪碱纤维单胞菌培养液组成，解纤维素醋弧菌培养液、溶纤维拟杆菌培养液、粪碱纤维单胞菌培养液中的单位体积菌体数均为106～107个/mL；pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的5～20％，阳极室15剩余空间用水充满，工艺操作的条件：反应温度15～45℃。
本实施方式中的生活污水取自哈尔滨工业大学二校区家属区的新鲜生活污水。
本实施方式为提高微生物降解秸秆的效率，所以在进行微生物接种前通常要对秸秆进行预处理，预处理的目的是改变天然纤维素的结构，破坏纤维素-木质素-半纤维素之间的连接，降低纤维素的结晶度，或脱去木质素，增加原料的疏松性以增加纤维素酶系与纤维素的有效接触，从而提高降解效率。由于汽爆处理后的秸秆表面含有多种糠醛、有机酸、酚类物质等，对汽爆秸秆进行解毒处理是必要的。
具体实施方式八：本实施方式在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内添加了0.3～2.7g/L的葡萄糖。其它反应步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内添加了1～2g/L的葡萄糖。其它反应步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式十：本实施方式在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内添加了1.5g/L的葡萄糖。其它反应步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十不同的是在步骤四中秸秆固体底物加入量5～15g/L。其它反应步骤与具体实施方式七至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七至十不同的是在步骤四中秸秆固体底物加入量10g/L。其它反应步骤与具体实施方式七至十相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式七至十不同的是在步骤四中纤维素降解混合菌群培养液占阳极室15容积的5～20％。其它反应步骤与具体实施方式七至十相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式七至十不同的是在步骤四中纤维素降解混合菌群培养液占阳极室15容积的15％。其它反应步骤与具体实施方式七至十相同。
具体实施方式十五：本实施方式在步骤四中除采用秸秆固体底物外，还可以用步骤二得到的秸秆液体底物发电，即采用步骤二得到的秸秆液体底物发电，即在步骤三中利用占阳极室15容积65％～91％、稀释后COD为1000～5000mg/L的秸秆液体底物，及占阳极室15容积的8～15％的pH7.0缓冲溶液和占阳极室15容积1％～20％的生活污水启动微生物燃料电池；再在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内按上述比例加入秸秆液体底物和pH7.0缓冲溶液，阳极室15剩余空间用水充满，利用微生物分解代谢降低有机物浓度同时获得电能。其它反应步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是在步骤一中农作物秸秆为麦草、稻草、高粱秸、苷薯蔓、玉米秸、甘蔗秸、大豆秸及棉花柴中的一种或其中几种的组合。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
本实施方式中农作物秸秆为组合物时，各种农作物秸秆间可按任意比混合。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是步骤二中水浴的温度为70℃。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是在步骤三中每1000mL的pH7.0缓冲溶液含有0.2～4g NH4Cl、0.1～4g KCl、30～40gNaH2PO4·2H2O、80～200g Na2HPO4·12H2O、5～10mL维他命溶液、10～15mL矿物质溶液，其余为蒸馏水。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是在步骤四中每1000mL的pH7.0缓冲溶液含有0.2～4g NH4Cl、0.1～4g KCl、30～40gNaH2PO4·2H2O、80～200g Na2HPO4·12H2O、5～10mL维他命溶液、10～15mL矿物质溶液，其余为蒸馏水。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十八或十九不同的是每100mL维他命溶液中含有2.0mg维生素H、2.0mg维生素B、10.0mg维生素B6、5.0mg核黄素、5.0mg维生素B1、5.0mg烟碱酸、5.0mg泛酸、0.1mg维生素B-12、5.0mg P-氨基苯酸和5.0mg硫辛酸。其它反应步骤与具体实施方式十八或十九相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十八或十九不同的是矿物质溶液由1.5mg氮川三乙酸钠(NTA)、3.0mg MgSO4、0.5mg MnSO4、1.0mgNaCl、0.1mg FeSO4·7H2O、0.1mg CaCl2·2H2O、0.1mgCoCl2·6H2O、0.13mgZnCl20.01mgCuSO4·5H2O、0.01mg AlK(SO4)2·12H2O、0.01mg H3BO3、0.025mgNa2MoO4、0.024mg NiCl2·6H2O、0.025mg Na2WO4·2H2O和100mL蒸馏水配成。其它反应步骤与具体实施方式十八或十九相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是在步骤三中pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的8～15％。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式七或十五不同的是在步骤三中pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的10％。其它反应步骤与具体实施方式七或十五相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十五不同的是在步骤四中pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的9～15％。其它反应步骤与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式十五不同的是在步骤四中pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的10％。其它反应步骤与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十六：本实施方式中微生物燃料电池的阳极室15的容积为300mL，催化阳极2与空气阴极5之间的间距为1～2cm。本实施方式微生物燃料电池的其它结构和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式微生物燃料电池处理秸秆的方法与具体实施方式七不同是在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内加入0.3～5g经步骤二处理后的秸秆固体底物、占阳极室15容积的1～30％纤维素降解混合菌群培养液和占阳极室5容积5～20％的pH7.0缓冲溶液，阳极室15剩余空间用水充满。本实施方式微生物燃料电池处理秸秆方法的其它反应步骤与具体实施方式七相同。本实施方式中微生物燃料电池的电压可达到430mV(在1000欧姆外电阻下)左右(参见图2)。
具体实施方式二十七：本实施方式与实施方式二十六类似，只是在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内增加了0.1～5g葡萄糖。本实施方式方法不仅能很快达到峰值电压，而且在峰值时的持续时间更长(参见图3)。
具体实施方式二十八：本实施方式与实施方式二十六类似，只是在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室15内pH7.0缓冲溶液占阳极室15容积的7～11％。本实施方式中微生物燃料电池的最大功率密度为502mW/m2，秸秆固体底物的降解率为45％(参见图4)。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式十五类似，只是阳极室15的容积为300mL。由图5可见本实施方式中微生物燃料电池的电压可达500mV(在1000欧姆外电阻下)，最大功率密度可达1288mW/m2，秸秆液体底物的降解率为60％左右(用COD表征)。

Claims (10)

1.一种微生物燃料电池，它是由容器(1)、催化阳极(2)、钛丝(3)、阳极导线(4)、空气阴极(5)、钛片(6)、阴极导线(7)、垫圈(8)、阴极盖(11)和密封盖(13)组成；其特征在于微生物燃料电池的容器(1)剖面形状为侧倒“凸”字型，容器(1)的小端开口，大端封闭；容器(1)大端的顶部用密封盖(13)封闭，密封盖(13)上设置有进料口(10)和小孔(12)，钛丝(3)的上部与小孔(12)固定连接，钛丝(3)的下端与催化阳极(2)的上端固定连接，容器(1)大端的底部设置有出料口(9)，容器(1)开口端依次设置有垫圈(8)、空气阴极(5)及阴极盖(11)并且容器(1)开口端由垫圈(8)、空气阴极(5)及阴极盖(11)封口，垫圈(8)和阴极盖(11)的孔径与容器(15)小端的内径相同，空气阴极(5)的上部与钛片(6)的下部连接，钛丝(3)引出的阳极导线(4)和钛片(6)引出的阴极导线(7)与外电路连接，容器(1)、空气阴极(5)与密封盖(13)之间形成阳极室(15)，催化阳极(2)与空气阴极(5)之间的间距不小于1cm。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于催化阳极(2)由碳纸、碳布、碳纤维、碳纳米管、玻璃碳、石墨毡、颗粒石墨、泡沫镍和不锈钢板中的任一种制成；空气阴极(5)采用碳纸、碳布、石墨中的任一种制成；并且空气阴极(5)上负载有0.10～0.35mg/cm2的Pt催化剂。
3.根据权利要求2所述的微生物燃料电池，其特征在于空气阴极(5)上负载Pt催化剂的含量为0.15～0.30mg/cm2。
4.采用权利要求1所述的微生物燃料电池利用秸秆发电的方法，其特征在于该方法是按下述步骤实现的：一、秸秆的预处理：采用汽爆法处理秸秆，得到秸秆汽爆料；二、秸秆的解毒处理：a、按每毫升蒸馏水加入0.25～20g秸秆汽爆料的配比将步骤一得到的秸秆汽爆料加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌1～3h，再用Ca(OH)2固体调节pH至10～11之间，再在25～80℃的水浴中解毒30～50min；b、将经步骤a处理后的反应液抽滤，保留滤液，按每克固体加入5～10mL蒸馏水配比向过滤后的固体中加入蒸馏水，然后在100～150r/min、室温条件下搅拌10～30min；将抽滤和洗涤的操作重复四至五次，保留滤液，然后将抽干后的秸秆汽爆料在80～105℃下烘干至恒重得到秸秆固体底物，收集滤液得到秸秆液体底物；三、启动微生物燃料电池：向微生物燃料电池的阳极室(15)内加入葡萄糖、水、pH7.0缓冲溶液和生活污水，其中葡萄糖的重量与容积的比为0.1～0.8g∶300mL，pH7.0缓冲溶液占阳极室(15)容积的1～20％，生活污水占阳极室(15)容积的1～20％，阳极室(15)余用空间用水补足，在环境温度为15～45℃条件下，利用生活污水中的产电菌启动微生物燃料电池；当电池电压低于40mV时，按上述配比加入葡萄糖和pH7.0缓冲溶液，并且加入水至充满阳极室(15)；待负载电压稳定在400mV以上，微生物燃料电池启动成功；四、处理秸秆：将经步骤二处理后的秸秆固体底物、水、纤维素降解混合菌群培养液和pH7.0缓冲溶液加入微生物燃料电池的阳极室(15)内通过纤维素降解混合菌群的分解代谢降低有机物浓度同时获得电能，秸秆固体底物加入量为1～17g/L，纤维素降解混合菌群培养液占阳极室(15)容积的1～30％，pH7.0缓冲溶液占阳极室(15)容积的5～20％，阳极室(15)剩余空间用水充满，工艺操作的条件：反应温度15～45℃。
5.根据权利要求4所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤四中秸秆固体底物加入量5～15g/L。
6.根据权利要求4所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤四中纤维素降解混合菌群培养液按体积份数比由1份解纤维素醋弧菌培养液培养液、1份溶纤维拟杆菌培养液和1份粪碱纤维单胞菌培养液组成，解纤维素醋弧菌培养液、溶纤维拟杆菌培养液、粪碱纤维单胞菌培养液中的单位体积菌体数均为106～107个/mL。
7.根据权利要求4所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤四中采用步骤二得到的秸秆液体底物发电，即在步骤三中利用占阳极室(15)容积65％～91％、稀释后COD为1000～5000mg/L的秸秆液体底物，及占阳极室(15)容积的8～15％的pH7.0缓冲溶液和占阳极室(15)容积1％～20％的生活污水启动微生物燃料电池；再在步骤四中向微生物燃料电池的阳极室(15)内按上述比例加入秸秆液体底物和pH7.0缓冲溶液，阳极室(15)剩余空间用水充满，利用微生物分解代谢降低有机物浓度同时获得电能。
8.根据权利要求4或7所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤一中农作物秸秆为麦草、稻草、高梁秸、苷薯蔓、玉米秸、甘蔗秸、大豆秸及棉花柴中的一种或其中几种的组合。
9.根据权利要求4或7所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤三中pH7.0缓冲溶液占阳极室(15)容积的10％。
10.根据权利要求4或7所述的利用秸秆发电的方法，其特征在于在步骤四中pH7.0缓冲溶液占阳极室(15)容积的10％。
CN200710144804A 2007-12-12 2007-12-12 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法 Expired - Fee Related CN100588019C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200710144804A CN100588019C (zh) 2007-12-12 2007-12-12 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200710144804A CN100588019C (zh) 2007-12-12 2007-12-12 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101188306A true CN101188306A (zh) 2008-05-28
CN100588019C CN100588019C (zh) 2010-02-03

Family

ID=39480566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200710144804A Expired - Fee Related CN100588019C (zh) 2007-12-12 2007-12-12 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100588019C (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738496A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 哈尔滨工业大学 微生物燃料电池及其处理马铃薯淀粉废渣的方法
CN103219536A (zh) * 2013-03-27 2013-07-24 南京工业大学 一种微生物电化学装置及利用秸秆产电的方法
CN104064779A (zh) * 2014-07-16 2014-09-24 北京航空航天大学 模块化微生物燃料电池电极堆
CN104150607A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置及方法
US9147902B2 (en) 2008-07-04 2015-09-29 Guangdong Institute of Eco-Environmental and Soil Sciences Microbial fuel cell stack
CN105293716A (zh) * 2015-09-22 2016-02-03 中国科学院成都生物研究所 一种微生物燃料电池及其用于处理废水的方法
CN106025319A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 华东交通大学 一种扩散驱动下的直接纤维素产电装置及方法
CN110463637A (zh) * 2019-09-09 2019-11-19 南通大学 一种稻虾共作养殖***环境生态修复装置及其应用
CN110854420A (zh) * 2019-11-29 2020-02-28 南京大学盐城环保技术与工程研究院 一种以秸秆和淤泥为基质的微生物燃料电池及其构造方法以及一种污泥处理方法
CN112250162A (zh) * 2020-10-09 2021-01-22 哈尔滨工业大学 微生物电解池耦合BAF-MBfR的低C/N污水深度脱氮装置和脱氮方法
CN112250163A (zh) * 2020-10-09 2021-01-22 哈尔滨工业大学 一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置
CN113109532A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 齐鲁工业大学 基于微生物燃料电池的水质监测装置
CN113998773A (zh) * 2021-11-01 2022-02-01 中国农业科学院都市农业研究所 空气阴极单室微生物燃料电池处理养殖污水的装置及方法

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9147902B2 (en) 2008-07-04 2015-09-29 Guangdong Institute of Eco-Environmental and Soil Sciences Microbial fuel cell stack
CN102738496A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 哈尔滨工业大学 微生物燃料电池及其处理马铃薯淀粉废渣的方法
CN103219536A (zh) * 2013-03-27 2013-07-24 南京工业大学 一种微生物电化学装置及利用秸秆产电的方法
CN103219536B (zh) * 2013-03-27 2015-06-17 南京工业大学 一种微生物电化学装置及利用秸秆产电的方法
CN104064779B (zh) * 2014-07-16 2016-05-11 北京航空航天大学 模块化微生物燃料电池电极堆
CN104064779A (zh) * 2014-07-16 2014-09-24 北京航空航天大学 模块化微生物燃料电池电极堆
CN104150607A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置及方法
CN104150607B (zh) * 2014-07-30 2016-04-13 华南理工大学 利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置及方法
CN105293716B (zh) * 2015-09-22 2017-11-03 中国科学院成都生物研究所 一种微生物燃料电池及其用于处理废水的方法
CN105293716A (zh) * 2015-09-22 2016-02-03 中国科学院成都生物研究所 一种微生物燃料电池及其用于处理废水的方法
CN106025319A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 华东交通大学 一种扩散驱动下的直接纤维素产电装置及方法
CN106025319B (zh) * 2016-06-30 2019-07-12 华东交通大学 一种扩散驱动下的直接纤维素产电装置及方法
CN110463637A (zh) * 2019-09-09 2019-11-19 南通大学 一种稻虾共作养殖***环境生态修复装置及其应用
CN110463637B (zh) * 2019-09-09 2024-01-16 南通大学 一种稻虾共作养殖***环境生态修复装置及其应用
CN110854420A (zh) * 2019-11-29 2020-02-28 南京大学盐城环保技术与工程研究院 一种以秸秆和淤泥为基质的微生物燃料电池及其构造方法以及一种污泥处理方法
CN112250162A (zh) * 2020-10-09 2021-01-22 哈尔滨工业大学 微生物电解池耦合BAF-MBfR的低C/N污水深度脱氮装置和脱氮方法
CN112250163A (zh) * 2020-10-09 2021-01-22 哈尔滨工业大学 一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置
CN112250163B (zh) * 2020-10-09 2022-11-25 哈尔滨工业大学 一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置
CN113109532A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 齐鲁工业大学 基于微生物燃料电池的水质监测装置
CN113998773A (zh) * 2021-11-01 2022-02-01 中国农业科学院都市农业研究所 空气阴极单室微生物燃料电池处理养殖污水的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100588019C (zh) 2010-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100588019C (zh) 微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法
Jiang et al. Carbon dioxide and organic waste valorization by microbial electrosynthesis and electro-fermentation
Abbas et al. Recent advances in bio-based carbon materials for anaerobic digestion: A review
Wilberforce et al. Value added products from wastewater using bioelectrochemical systems: Current trends and perspectives
Pant et al. A review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for sustainable energy production
Leng et al. Bioenergy recovery from wastewater produced by hydrothermal processing biomass: Progress, challenges, and opportunities
Mohan Harnessing of biohydrogen from wastewater treatment using mixed fermentative consortia: process evaluation towards optimization
Budihardjo et al. Waste valorization using solid-phase microbial fuel cells (SMFCs): Recent trends and status
Zhou et al. Microbial fuel cells for bioenergy and bioproducts
CN101764241A (zh) 一种藻类阴极双室微生物燃料电池及其应用
CN102347504A (zh) 微生物燃料电池及木薯废醪液资源化方法
CN105098217B (zh) 三维电极光电微生物燃料电池反应器及沼气提质增效的方法
CN101552340B (zh) 一种海洋酵母的用途和相应微生物燃料电池及制备方法
Quan et al. Power generation from cassava alcohol wastewater: effects of pretreatment and anode aeration
Modin et al. Opportunities for microbial electrochemistry in municipal wastewater treatment–an overview
CN101710626A (zh) 一种单室微生物燃料电池及其在废水处理中的应用
Srivastava et al. Coupling dark fermentation and microbial electrolysis cells for higher hydrogen yield: Technological competitiveness and challenges
Wang et al. The inhibiting effect of oxygen diffusion on the electricity generation of three-chamber microbial fuel cells
CN102544562A (zh) 一种空气透过阴极双室微生物燃料电池
Mahmoudi et al. Performance and recent development in sewage sludge-to-bioenergy using microbial fuel cells: A comprehensive review
Gautam et al. Hydrogen production in microbial electrolysis cell and reactor digestate valorization for biochar–a noble attempt towards circular economy
Duţeanu et al. Microbial fuel cells–an option for wastewater treatment
Guisasola et al. Opportunities for hydrogen production from urban/industrial wastewater in bioelectrochemical systems
JP2002280045A (ja) 燃料電池組込み型水素発酵バイオリアクター
Pal et al. Production of biofuels in a microbial electrochemical reactor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100203

Termination date: 20161212

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee