一种用于微生物燃料电池且含有镉离子的阳极液及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种用于微生物燃料电池且含有镉离子的阳极液及其应用，该阳极液含有底物、营养液，所述营养液中含有镉离子。本发明专利技术利用低浓度Cd

An anode solution containing cadmium ion for microbial fuel cell and its application

【技术实现步骤摘要】
一种用于微生物燃料电池且含有镉离子的阳极液及其应用
本专利技术涉及微生物电化学领域，特别是涉及一种用于微生物燃料电池且含有镉离子的阳极液及其应用。
技术介绍
微生物燃料电池(Microbialfuelcells,MFCs)能够将有机污染物的化学能通过微生物电子传递直接转化产生电能。MFC条件温和、操作简易，在废水处理、生态修复等方面具有广泛的应用前景。MFC中阳极生物膜是MFC技术的关键所在，阳极生物膜是MFC阳极产电微生物生长繁殖的重要场所，MFC阳极膜表面的微生物能够分解有机物产生电子和质子，电子经膜上的载体传递到细胞外膜，再经外膜传递到胞外电子受体。阳极生物膜的形成保证了有机污染物的持续高效去除和污水中的化学能向电能的持续转化。MFC的成功启动，需要在反应器的阳极表面实现产电微生物的富集生长，但是现有的富集驯化过程往往需要很长的一段时间，亟待解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种促进微生物燃料电池中阳极生物膜形成的阳极液及方法。本专利技术通过向反应器中滴加低浓度的重金属Cd2+，有效地促进了阳极产电微生物的生长富集，缩短了MFC的启动时间。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种用于微生物燃料电池的阳极液，所述阳极液包括底物、含有镉离子的营养液。可选地，所述镉离子的浓度为0.1-200μg/L，还可以为0.5-100μg/L，还可以为0.5-10μg/L，包括但不限于0.1μg/L、0.2μg/L、0.3μg/L、0.4μg/L、0.5μg/L、0.6μg/L、0.7μg/L、0.8μg/L、0.9μg/L、1μg/L、2μg/L、3μg/L、4μg/L、5μg/L、6μg/L、7μg/L、8μg/L、9μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、40μg/L、50μg/L、60μg/L、70μg/L、80μg/L、90μg/L、100μg/L、110μg/L、120μg/L、130μg/L、140μg/L、150μg/L、160μg/L、170μg/L、180μg/L、190μg/L、200μg/L。可选地，所述底物选自乙酸钠、葡萄糖中的任一种，采用葡萄糖时，需预先进行发酵处理。可选地，所述底物在阳极液中的浓度为1g/L。可选地，所述镉离子的价态为+1、+2、+3、+6中的至少一种，优选为+2。可选地，所述营养液还含有缓冲溶液、维生素营养液、痕量元素溶液。可选地，所述缓冲溶液选自Pipes缓冲液，该缓冲液可通过1,4-哌嗪二乙磺酸固体粉末加水配置而成。由于PBS缓冲液可能与重金属镉离子螯合，因此，优选采用Pipes缓冲液。可选地，所述缓冲溶液含有的组分在阳极液中的终浓度如下：50mM1,4-哌嗪二乙磺酸溶液(Pipes)、0.31g/L氯化铵(NH4Cl)、0.13g/L氯化钾(KCl)。可选地，所述维生素营养液含有的组分在所述阳极液中的浓度如下：0.002g/L生物素(又称维生素H或VH)、0.002g/L叶酸(维生素B9)、0.01g/L维生素B6(又称盐酸吡哆醇或VB6)、0.005g/L维生素B2(又称核黄素)、0.005g/L维生素B1(又称硫胺素或VB1)、0.005g/L烟酸(又称维生素B3或VB3)、0.005g/L维生素B5(又称泛酸或VB5)、0.001g/L腺苷钴胺酸(B12)、0.005g/L对氨基苯甲酸、0.005g/L硫辛酸。可选地，所述痕量元素溶液含有的组分在所述阳极液中的浓度如下：1.5g/L次氮基三乙酸钠盐、1.46g/LMgSO4、0.5g/LMnSO4·H2O、1g/LNaCl、0.1g/LFeSO4·7H2O、0.1g/LCaCl2、0.1g/LCoCl2·6H2O、0.1g/LZnSO4·7H2O、0.0064g/LCuSO4、0.01g/LKAl(SO4)2·12H2O、0.025g/LNa2MoO4、0.024g/LNiCl2·6H2O、0.025g/LNa2WO4·2H2O、0.1g/LNa2SeO3。次氮基三乙酸钠盐，化学式C6H9NNa3O6，分子量为260.1064，CAS登录号为5064-31-3，EINECS登录号为225-768-6。可选地，所述阳极液还含有活性污泥。本专利技术还提供上述阳极液在制备微生物燃料电池中的应用。本专利技术还提供一种微生物燃料电池，包括阳极、阴极以及连接在所述阳极、阴极之间的电阻，所述电池的阳极室盛有上述阳极液，所述阳极上负载有产电微生物膜，负载有所述产电微生物膜的阳极浸没在所述阳极液中。可选地，所述阳极上负载的产电微生物膜是由活性污泥驯化得到。可选地，所述电池的阴极为空气阴极。本专利技术还提供上述微生物燃料电池的制备方法，包括：向电池的阳极室加入活性污泥、底物、含有镉离子的营养液，采用导线连接所述电池的阳极和阴极，得到所述微生物燃料电池。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用低浓度Cd2+促进接种物中的产电微生物生长繁殖，从而有效促进了阳极表面生物膜的形成，缩短了反应器的启动时间。本专利技术在实际应用过程中，可以充分利用废水中的Cd2+，具有环保、经济等优势。附图说明图1显示为本专利技术实施例的启动时间与电压曲线图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。本专利技术实施例提供的是一种促进微生物燃料电池(Microbialfuelcells,MFCs)中阳极生物膜形成的方法。本专利技术实施例采用的是单室MFC反应器，其中阳极采用的是石墨板，阴极采用的是空气阴极；在培养和驯化过程中，向单室MFC反应器中加入稳定运行的生物电化学反应器中的活性污泥作为接种物，并向其中加入底物、含低浓度重金属Cd2+的营养液，然后在固定电阻510Ω、恒温35℃的条件下运行反应器。本专利技术实施例中的重金属Cd2+浓度为0μg/L、1μg/L、10μg/L，利用低浓度Cd2+促进接种物中的产电微生物生长繁殖，从而有效促进了阳极表面生物膜的形成，缩短了反应器的启动时间。本专利技术的阳极液在实际应用过程中，可以充分利用废水中的Cd2+，具有环保且经济的优势。以下实施例中是使用CdCl2水溶液进行实验。实施例1本实施例选择单室MFC反应器，该反应器的阳极为石墨板，阴极为空气阴极，阴极材料(阴极片)包含碳布、防水层、催化层，具体制作方法可参考文献“HowtoMakeCathodeswithaDiffusionLayerforSingle-ChamberMicrobialFuelCells”(JoshuaMiddaugh6/5/06，UpdatedbyShaoanChengandWenzongLiu,5/12/0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微生物燃料电池的阳极液，其特征在于：所述阳极液包括底物、含有镉离子的营养液。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微生物燃料电池的阳极液，其特征在于：所述阳极液包括底物、含有镉离子的营养液。


2.根据权利要求1所述的阳极液，其特征在于：所述镉离子的浓度为0.1-200μg/L，优选为0.5-100μg/L。


3.根据权利要求1所述的阳极液，其特征在于：所述镉离子的价态为+1、+2、+3、+6中的至少一种，优选为+2。


4.根据权利要求1所述的阳极液，其特征在于：所述底物选自乙酸钠；
和/或，所述底物在阳极液中的浓度为1g/L；
和/或，所述阳极液还含有活性污泥。


5.根据权利要求1所述的阳极液，其特征在于：所述营养液还含有缓冲溶液、维生素营养液、痕量元素溶液。


6.根据权利要求5所述的阳极液，其特征在于：所述缓冲溶液选自Pipes缓冲液。


7.根据权利要求6所述的阳极液，其特征在于：所述Pipes缓冲液含有的组分在阳极液中的浓度如下：50mM1,4-哌嗪二乙磺酸溶液、0.31g/L氯化铵、0.13g/L氯化钾。


8.根据权利要求5所述的阳极液，其特征在于：所述维生素营养液含有的组分在所述阳极液中的浓度如下：0.002g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚平，陈彩云，徐艳高，孙健，袁勇，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44