一種微生物電解池制氫液的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種微生物電解池制氫液的方法，向工業(yè)廢水內(nèi)充滿氮?dú)猓卯a(chǎn)乙酸菌發(fā)酵，調(diào)整發(fā)酵液pH值為7，C/N為44，添加乙溴乙烷磺酸鹽20mmol/L，添加1mL/L營(yíng)養(yǎng)液。本發(fā)明通過優(yōu)化pH值、C/N和乙溴乙烷磺酸鹽濃度，實(shí)現(xiàn)制氫液中乙酸、乳酸、丙酸和丁酸濃度分別達(dá)到1031.12mg/L、51.32mg/L、84.94mg/L、71.24mg/L，同時(shí)對(duì)工業(yè)廢水中COD的去除率可達(dá)99％。
【專利說明】一種微生物電解池制氫液的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用微生物發(fā)電技術(shù)，具體涉及一種微生物電解池制氫液的方法

【背景技術(shù)】
[0002]微生物電解池(microbial electrolysis cell, MEC),作為新近發(fā)展的一種可用于減弱厭氧“發(fā)酵障礙”現(xiàn)象的制氫技術(shù)近年來受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛重視。借助生物電催化技術(shù)，以有機(jī)廢水為電子供體，通過陽(yáng)極附著的電活性微生物降解底物釋放電子和質(zhì)子，并在陰極由質(zhì)子接收電子從而產(chǎn)生H2。當(dāng)有機(jī)物通過丙酮酸途徑代謝生成乙酸、丙酸及丁酸等脂肪酸后，在兩極附加電壓的驅(qū)動(dòng)下，可將發(fā)酵末端產(chǎn)物進(jìn)一步降解并釋放質(zhì)子和電子，從而大幅度提高H2產(chǎn)率。影響MEC產(chǎn)氫效能的主要因素包括額外電壓的設(shè)定、底物的選擇、電極材料的選定以及陰極催化劑的確定。
[0003]反應(yīng)過程主要通過兩極的化學(xué)反應(yīng)來完成，其中以乙酸為底物的反應(yīng)過程如式
(I)、式⑵所示。
[0004]陽(yáng)極:CH3C00H+2H20— C02+8H++8e- (I)
[0005]陰極:8H++8e-— 4H2 (2)
[0006]根據(jù)能斯特方程，在pH值為7.0時(shí)，陰極產(chǎn)生氫氣至少需要_410mV的電勢(shì)，而傳統(tǒng)MEC回路產(chǎn)生的電勢(shì)一般在_300mV左右，所以，為獲得氫氣，添加在陰陽(yáng)兩極間的電壓至少在I1mV0在實(shí)際MEC運(yùn)行過程中，考慮到內(nèi)阻的影響，通常設(shè)定電壓值在0.2?0.8V之間。
[0007]選擇合適的底物則對(duì)發(fā)展MEC制氫工藝至關(guān)重要，它將直接決定工藝運(yùn)行的成本和氫氣產(chǎn)率。在MEC中，當(dāng)復(fù)雜碳水化合物經(jīng)水解生成單糖后，微生物在厭氧條件下通過糖酵解途徑將單糖酵解為丙酮酸，隨后通過丙酮酸的氧化還原機(jī)制平衡輔酶NAD+或NADP+的量，維持微生物的代謝產(chǎn)能過程，從而使得反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行下去。在丙酮酸氧化還原后，產(chǎn)生的末端產(chǎn)物如乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，在額外電壓的驅(qū)動(dòng)下，可被微生物繼續(xù)氧化，從而實(shí)現(xiàn)厭氧“發(fā)酵障礙”現(xiàn)象的減弱。
[0008]當(dāng)前，已開展以甲酸鹽、乙酸鈉、畜禽廢水、發(fā)酵出水、工業(yè)廢水、蛋白質(zhì)和葡萄糖等為底物進(jìn)行MEC產(chǎn)氫研究。對(duì)于不同的底物類型，由于乙酸鈉可直接進(jìn)入生化反應(yīng)從而可獲得比復(fù)合蛋白質(zhì)等更多的產(chǎn)氫量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種產(chǎn)氫效率更高的微生物電解池制氫液的方法。
[0010]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，提供一種微生物電解池制氫液的方法，向工業(yè)廢水內(nèi)充滿氮?dú)?，用產(chǎn)乙酸菌發(fā)酵，調(diào)整發(fā)酵液PH值為7，C/N為44，添加乙溴乙烷磺酸鹽20mmol/L，添加lmL/L營(yíng)養(yǎng)液。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述產(chǎn)乙酸菌為醋酸桿菌。
[0012]優(yōu)選地，所述營(yíng)養(yǎng)液的成分如下:H3B0350mg/L，CuCl230mg/L, MnSO4.H2050mg/L,(NH4)6Mo7O24.4H2050mg/L, AlCl350mg/L, CoCl2.6H2050mg/L, NiCl250mg/L, ZnCl250mg/L。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比,上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、本發(fā)明通過優(yōu)化pH值、C/N和乙溴乙烷磺酸鹽濃度，實(shí)現(xiàn)高乙酸產(chǎn)率。乙溴乙烷磺酸鹽除產(chǎn)甲烷菌外對(duì)其它厭氧產(chǎn)酸細(xì)菌沒有影響，在本發(fā)明濃度下，可抑制嗜氫產(chǎn)甲烷菌和嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌，且可促進(jìn)同型乙酸菌的生長(zhǎng)，通過水解發(fā)酵產(chǎn)酸和同型產(chǎn)乙酸過程來實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵末端產(chǎn)物中乙酸濃度的積累。
[0015]2、本發(fā)明制氫液中乙酸、乳酸、丙酸和丁酸濃度分別為:1031.12mg/L、51.32mg/L、84.94mg/L、71.24mg/L。

【具體實(shí)施方式】
[0016]向工業(yè)廢水內(nèi)充滿氮?dú)?，用產(chǎn)乙酸菌入醋酸桿菌發(fā)酵，充氮?dú)庥欣诮档蛷U水內(nèi)氧氣含量，保證工業(yè)廢水處于厭氧狀態(tài)，使之進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)氫模式。使用磷酸鹽緩沖液調(diào)整發(fā)酵液PH值為7，調(diào)整廢水中碳、氮比為44，并按照20mmol/L添加乙溴乙烷磺酸鹽，按照ImL/L添加營(yíng)養(yǎng)液,得到制氫液。營(yíng)養(yǎng)液的成分如下:H3B0350mg/L,CuCl230mg/L,MnSO4 *H2050mg/L, (NH4)6Mo7O24.4H2050mg/L, AlCl350mg/L, CoCl2.6H2050mg/L, NiCl250mg/L, ZnCl250mg/L。
[0017]本發(fā)明制氫液中乙酸、乳酸、丙酸和丁酸濃度分別為:1031.12mg/L、51.32mg/L、84.94mg/L、71.24mg/L。
[0018]利用厭氧發(fā)酵制氫廢液為底物，以乙酸為主要的電子供體，在電解池反應(yīng)器中，以涂布有Ni納米顆粒的不銹鋼網(wǎng)為陰極，碳布為陽(yáng)極，最終可獲得1.32m3H2/(m3.d)和2.8mLH2/mgC0D的產(chǎn)氫率，以及138 %的能量效率，同時(shí)對(duì)工業(yè)廢水中COD的去除率可達(dá)99%。
【權(quán)利要求】
1.一種微生物電解池制氫液的方法，其特征在于，向工業(yè)廢水內(nèi)充滿氮?dú)?，用產(chǎn)乙酸菌發(fā)酵，調(diào)整發(fā)酵液PH值為7，C/N為44，添加乙溴乙烷磺酸鹽20mmol/L，添加lmL/L營(yíng)養(yǎng)液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物電解池制氫液的方法，其特征在于，所述產(chǎn)乙酸菌為醋酸桿菌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物電解池制氫液的方法，其特征在于，所述營(yíng)養(yǎng)液的成分如下:H3B0350mg/L, CuCl230mg/L, MnSO4.H2O 50mg/L, (NH4)6Mo7O24.4H20 50mg/L,AlCl350mg/L, CoCl2.6H2050mg/L, NiCl250mg/L, ZnCl250mg/L。
【文檔編號(hào)】C02F3/34GK104451760SQ201410708159
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】金京勛 申請(qǐng)人:蘇州嘉禧蘿生物科技有限公司