單雙室耦合微生物燃料電池堆及自調(diào)節(jié)ph值的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了單雙室耦合微生物燃料電池堆及自調(diào)節(jié)PH值的方法；單雙室耦合微生物燃料電池堆，包括n只單室微生物燃料電池和n只雙室微生物燃料電池；n取≥1的自然數(shù)；其特征在于：所述的單室微生物燃料電池為采用空氣陰極的單室微生物燃料電池，所述的雙室微生物燃料電池為采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微生物燃料電池；第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；本發(fā)明解決了培養(yǎng)基酸化問題，電池堆能根據(jù)需要放大堆疊；可廣泛應(yīng)用于生物、能源、環(huán)保等領(lǐng)域。
【專利說明】單雙室耦合微生物燃料電池堆及自調(diào)節(jié)PH值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及微生物燃料單池堆，具體涉及單雙室耦合微生物燃料電 池堆及自調(diào)節(jié)PH值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微生物燃料電池（MFC)可以利用產(chǎn)電菌直接降解有機(jī)物產(chǎn)生電能，被認(rèn)為是一種 極有潛力的利用廢水產(chǎn)生能量的技術(shù)。但是單個的微生物燃料電池的電壓較低，需要將多 個微生物燃料單池在電路上串聯(lián)以提高電壓，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。同時，單個微生物燃料電 池廢水處理能力有限，需要將多個微生物燃料單池進(jìn)行水路上串聯(lián)，以提升廢水處理效果 和廢水處理量。
[0003] 傳統(tǒng)的微生物燃料電池堆單純采用雙室微生物燃料電池或單室微生物燃料電池 串聯(lián)，但均存在不足：
[0004] 單純使用雙室微生物燃料電池組成電堆時，由于相鄰電池共享電解液，易造成電 解質(zhì)短路，使得電堆電壓嚴(yán)重?fù)p耗（Zhuang and Zhou 2009)。
[0005] 單純使用雙室微生物燃料電池組成電堆時，會造成培養(yǎng)基酸化。由于傳統(tǒng)雙室微 生物燃料電池使用質(zhì)子交換膜分隔腔室，易造成陽極質(zhì)子積累（Rozendal, Hamelers, and Buisman2006)。如果培養(yǎng)基的pH緩沖能力不足，則會導(dǎo)致陽極酸化，影響陽極產(chǎn)電菌代 謝活性（Puig et al.2010)。多個電池陽極水路串聯(lián)，必然導(dǎo)致酸化問題加劇。而陽極 酸化、培養(yǎng)基缺乏等不利運(yùn)行條件又誘使電堆出現(xiàn)反極現(xiàn)象，限制電堆的輸出功率（〇h and Logan2007)。因此一些學(xué)者采用人為調(diào)節(jié) pH 方法（Zhuang et al. 2012) (Zhang et al. 2013)，但是這種方法不能對培養(yǎng)基pH進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，且需要耗費(fèi)額外的人力。一些學(xué) 者試圖使用高濃度緩沖溶液以解決培養(yǎng)基酸化問題（Fan，Hu，and Liu2007)，但高濃度緩沖 溶液不僅價格高昂，且本身會造成環(huán)境污染。部分緩沖溶液甚至?xí)?qiáng)化產(chǎn)甲烷菌的生長， 與產(chǎn)電菌競爭，影響產(chǎn)電菌代謝（Fan，Hu，and Liu2007)。最近，一些學(xué)者提出采用陰陽極溶 液循環(huán)的方法阻止陽極電解液酸化（Freguia et al.2008)，但是這種方法易造成陰極腔室 生物膜的形成，形成阻塞，也不利于使用更加高效的電解液。
[0006] 因此，培養(yǎng)基酸化問題阻礙了微生物燃料電池堆的放大堆疊，影響了微生物燃料 電池的實(shí)際應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供微生物燃料電池堆及自調(diào)節(jié)PH值的方法， 以實(shí)現(xiàn)pH值自動調(diào)節(jié)，從而提升微生物燃料電池堆的性能。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的第一個技術(shù)方案是，包括如下步驟：
[0009] A、制作η只采用空氣陰極的單室微生物燃料電池；并在電池腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口 和廢液出口；η取彡1的自然數(shù)；
[0010] Β、制作η只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微 生物燃料電池；并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和 電解液出口；
[0011] C、將η只單室微生物燃料電池和η只雙室微生物燃料電池用活性污泥接種，使之 能夠產(chǎn)生連續(xù)電流；
[0012] D、將第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一 只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口 連接；第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培 養(yǎng)液進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料 電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第 η只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解 液進(jìn)口同時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液 槽；
[0013] Ε、將培養(yǎng)基采用循環(huán)續(xù)批式或連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微 生物燃料電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽 極腔室、第二只單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η 只單室微生物燃料電池腔室；
[0014] F、將陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池的陰極腔 室。
[0015] 本發(fā)明所述的微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)ΡΗ值的方法的原理是：本發(fā)明中單室微 生物燃料電池中陰極生物膜由于靠近空氣，發(fā)生了如下反應(yīng)：
[0016] CH3C00>H++202 - 2C02+2H20
[0017] 可知在單室微生物燃料電池中，lmol乙酸根的消耗伴隨著lmol氫離子的消耗， 這表明單室微生物燃料電池中降解培養(yǎng)基產(chǎn)電的反應(yīng)是伴隨著氫離子消耗的。因此，雙室 微生物燃料電池腔室累積的氫離子在單室微生物燃料電池中被消耗，從而使培養(yǎng)基保持中 性，實(shí)現(xiàn)了 pH的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0018] 而雙室微生物燃料電池的質(zhì)子交換膜增大了兩個相鄰微生物燃料電池間的離子 傳導(dǎo)阻力，避免了相鄰電池間電解質(zhì)短路的發(fā)生。
[0019] 本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是，單雙室耦合微生物燃料電池堆，包括η只單室微生 物燃料電池和η只雙室微生物燃料電池；η取> 1的自然數(shù)；其特征在于：
[0020] 所述的單室微生物燃料電池為采用空氣陰極的單室微生物燃料電池，并在電池腔 室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口；所述的雙室微生物燃料電池為采用陰極電解液并用質(zhì)子交 換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微生物燃料電池，并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢 液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和電解液出口；
[0021] 第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙 室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接； 第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液 進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料電池 的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第η只 單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn) 口同時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽；
[0022] 培養(yǎng)基采用循環(huán)續(xù)批式或連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微生物 燃料電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔 室、第二只單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η只單 室微生物燃料電池腔室；陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池 的陰極腔室；
[0023] η只單室微生物燃料電池電極與η只雙室微生物燃料電池的電極采用串聯(lián)、并聯(lián) 或混聯(lián)連接。
[0024] 本發(fā)明提出將單室微生物燃料電池與雙室微生物燃料電池配合組成電堆，電堆中 雙室微生物燃料電池的陽極液經(jīng)單室微生物燃料電池調(diào)節(jié)為pH中性，使得下級微生物燃 料電池不受培養(yǎng)基酸化影響。雙室微生物燃料單池的存在避免了電解質(zhì)短路的發(fā)生。單室 微生物燃料電池與雙室微生物燃料電池配合，保持了較高的輸出功率，提升了電堆的整體 性能。
[0025] 本發(fā)明所述的單雙室耦合微生物燃料電池堆及自調(diào)節(jié)PH值的方法的有益效果 是：本發(fā)明電堆中雙室微生物燃料電池的陽極液經(jīng)單室微生物燃料電池調(diào)節(jié)為pH中性，使 得下級微生物燃料電池不受培養(yǎng)基酸化影響；并且將單室微生物燃料電池與雙室微生物燃 料電池配合，保持了較高的輸出功率，提升了電堆的整體性能；本發(fā)明解決了培養(yǎng)基酸化問 題，微生物燃料電池堆能根據(jù)需要放大堆疊；可廣泛應(yīng)用于生物、能源、環(huán)保等領(lǐng)域，具有良 好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)及電極連接示意圖。
[0027] 圖2為電極混聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖3為采用實(shí)施例1的方法得到的放電曲線、pH變化圖和乙酸鈉變化圖。
[0029] 圖4為實(shí)施例4的電堆的功率曲線。
[0030] 圖5為實(shí)施例4的電堆的極化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的具體描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0032] 實(shí)施例1 :微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)PH值的方法，其特征在于：包括如下步驟：
[0033] A、制作一只單室微生物燃料電池，該單室微生物燃料電池陰極為單面用鉬修飾并 憎水處理的碳布，含鉬催化劑面朝向中間腔室，另一面朝向空氣；并在電池腔室設(shè)置培養(yǎng)液 進(jìn)口和廢液出口；
[0034] B、制作一只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微 生物燃料電池；并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和 電解液出口；
[0035] C、、將單室微生物燃料電池與雙室微生物燃料電池使用活性污泥接種，使之可以 產(chǎn)生連續(xù)電流；
[0036] D、組裝微生物燃料電池堆：將雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培 養(yǎng)基存儲器，雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn) 口連接；單室微生物燃料電池的廢液出口連接雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn) 口；雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn)口連接電解液存儲器，雙室微生物燃料電 池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽；并將雙室微生物燃料電池電極與單室微生物燃料電 池電極并聯(lián)連接；
[0037] E、培養(yǎng)基以循環(huán)續(xù)批式注入，使培養(yǎng)基依次流過雙室微生物燃料電池陽極腔 室和單室微生物燃料電池腔室；培養(yǎng)基成分為Na2HP0 4 · 12H20:15. 35g/L，KH2P04: 3g/ L，CH3C00Na · 3H20 :10. 14g/L，NaCl:0. 5g/L，NH4Cl:0. lg/L，MgS04 · 7Η20:0· lg/ L, CaCl2:ll. 327mg/L ；
[0038] F、將陰極液存儲在電解液存儲器中，通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微 生物燃料電池的陰極腔室，陰極液為30mM · Γ1的鐵氰化鉀溶液。
[0039] 觀察電堆運(yùn)行參數(shù)，參見圖3,電堆運(yùn)行過程中，pH值雖然略有下降，但最終穩(wěn)定 在6. 8左右。并且，在運(yùn)行過程中可以保持0.5V以上的穩(wěn)定輸出電壓。
[0040] 從圖3還可以看出，采用雙室-雙室微生物燃料電池構(gòu)成的電堆的電壓則持續(xù)下 降，不能保持穩(wěn)定。而采用單室-單室微生物燃料電池構(gòu)成的電堆雖然能夠保持pH穩(wěn)定在 7. 5左右，但輸出電壓僅有實(shí)施例1的80%。
[0041] 實(shí)施例2 :微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)PH值的方法，包括如下步驟：
[0042] A、制作二只單室微生物燃料電池，該單室微生物燃料電池陰極為單面用鉬修飾并 憎水處理的碳紙，含鉬催化劑面朝向中間腔室，另一面朝向空氣；并在電池腔室設(shè)置培養(yǎng)液 進(jìn)口和廢液出口；
[0043] B、再制作兩只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室 微生物燃料電池；并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口 和電解液出口；
[0044] C、將單室微生物燃料電池與采用雙室微生物燃料電池使用活性污泥接種，使之可 以產(chǎn)生連續(xù)電流；
[0045] D、組裝微生物燃料電池堆：即將第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn) 口連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生 物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生 物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口 與第二只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接，第二只單室微生物燃料電池的廢液出口 連接廢液槽；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn)口同時連接電解液存儲器， 所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽；并將四個微生物燃料電池的 電極采用串聯(lián)方式連接；
[0046] E、將培養(yǎng)基以連續(xù)流方式注入，使培養(yǎng)基依次流過第一只雙室微生物燃料電池 陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第 二只單室微生物燃料電池腔室，再通過第二只單室微生物燃料電池廢液出口排出；培養(yǎng) 基成分為 Na2HP04 · 12Η20:8· 35g/L, KH2P04:2g/L, CH3C00Na · 3H20 :8. 14g/L, NaCl:0. 75g/ L, NH4C1:0. 2g/L, MgS04 · 7H20:0. 2g/L, CaCl2:13. 327mg/L ；
[0047] F、將陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池的陰極腔 室，陰極液為40mM · Γ1的亞硫酸鉀溶液。
[0048] 實(shí)施例3 :微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)ΡΗ值的方法，包括如下步驟：
[0049] Α、制作η只采用空氣陰極的單室微生物燃料電池；所述的單室微生物燃料電池為 單面用鉬修飾并憎水處理的碳紙，含鉬催化劑面朝向中間腔室，另一面朝向空氣；并在電池 腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口；η取> 3的自然數(shù)；
[0050] Β、制作η只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微 生物燃料電池；并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和 電解液出口；
[0051] C、將η只單室微生物燃料電池和η只雙室微生物燃料電池用活性污泥接種，使之 可以產(chǎn)生連續(xù)電流；
[0052] D、組裝微生物燃料電池堆：將第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口 連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物 燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物 燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與 第二只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽 極腔室的廢液出口與第η只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接，第η只單室微生物燃 料電池的廢液出口連接廢液槽；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn)口同時連 接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽；并將每只 單室微生物燃料電池電極分別與一只雙室微生物燃料電池的電極并聯(lián)，再將并聯(lián)連接后的 電極串聯(lián)，即采用混聯(lián)連接；電極連接示意圖見圖2 ;
[0053] Ε、將培養(yǎng)基采用連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微生物燃料電池 陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室、第二只 單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η只單室微生物燃 料電池腔室，再通過第η只單室微生物燃料電池廢液出口排出；
[0054] F、將陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入所有雙室微生物燃料電池的陰 極腔室。
[0055] 在具體實(shí)施例中，所述培養(yǎng)基成分包括：Na2HP04 · 12Η20:2· 56-15. 35g/ L，ΚΗ2Ρ04:0· 5-3g/L，CH3⑶ONa · 3H20 :2. 25-10. 14g/L，NaCl:0. 5-lg/L，NH4C1:0. 1-0. 3g/ L，MgS04 · 7H20:0. 1-0. 3g/L，CaCl2:11. 327-15mg/L。
[0056] 所述陰極液可以為20?60mM 的鐵氰化鉀溶液或者濃度為20?60mM 的 亞硫酸鉀溶液。
[0057] 在具體實(shí)施例中，陰極液中還可以加入pH為4. 8、濃度為40?80mM · I71磷酸鹽 緩釋劑，所加入的磷酸鹽緩釋劑與鐵氰化鉀溶液或亞硫酸鉀溶液的比例為4:1。
[0058] 實(shí)施例4 :參見圖1，單雙室耦合微生物燃料電池堆，由兩只采用空氣陰極的單室 微生物燃料電池和兩只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室 微生物燃料電池構(gòu)成，其中，該單室微生物燃料電池陰極為單面用鉬修飾并憎水處理的碳 布，含鉬催化劑面朝向中間腔室，另一面朝向空氣；并在電池腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出 口；雙室微生物燃料電池的陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn) 口和電解液出口；
[0059] 所述的單室微生物燃料電池與雙室微生物燃料電池使用活性污泥接種，使之能夠 產(chǎn)生連續(xù)電流；
[0060] 將將第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一 只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口 連接；第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培 養(yǎng)液進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料 電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第二只單室微生物燃料電池的廢液出口連接廢液槽；所有雙室微 生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn)口同時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池 的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽；
[0061] 四個微生物燃料電池的電極采用混聯(lián)方式連接，即第一只雙室微生物燃料電池與 第一只單室微生物燃料電池電極并聯(lián)連接，第二只雙室微生物燃料電池與第二只單室微生 物燃料電池電極并聯(lián)連接，并聯(lián)后的電極再串聯(lián)；將培養(yǎng)基以連續(xù)流方式注入，使培養(yǎng)基依 次流過第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙 室微生物燃料電池陽極腔室和第二只單室微生物燃料電池腔室，再通過第二只單室微生物 燃料電池廢液出口排出；
[0062] 培養(yǎng)基成分為 Na2HP04 · 12Η20:6· 35g/L, KH2P04: lg/L, CH3C00Na · 3H20 :10. 14g/ L, NaCl:0. 5g/L, NH4C1:0. 3g/L, MgS04 · 7H20:0. 3g/L, CaCl2:15. 327mg/L ；
[0063] 將陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入所有雙室微生物燃料電池的陰極 腔室；陰極液為40mM · Γ1的鐵氰化鉀溶液，在陰極液中還加入pH為4. 8、濃度為60mM · Γ1 磷酸鹽緩釋劑，所加入的磷酸鹽緩釋劑與鐵氰化鉀溶液或亞硫酸鉀溶液的比例為4:1。
[0064] 觀察電堆運(yùn)行參數(shù)，參見圖4、圖5,電堆運(yùn)行過程中，電堆最大功率為5. 21mW.從 圖4還可以看出，實(shí)施例4比采用四只雙室微生物燃料電池構(gòu)成的電堆的最大功率高44 %， 比采用四只單室微生物燃料電池構(gòu)成的電堆的最大功率高56%。
[0065] 在實(shí)施例4中，也可以根據(jù)需要將微生物燃料電池的電極串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0066] 實(shí)施例5 :單雙室耦合微生物燃料電池堆，包括η只單室微生物燃料電池和η只雙 室微生物燃料電池；η取> 1的自然數(shù)；其特征在于：
[0067] 所述的單室微生物燃料電池為采用空氣陰極的單室微生物燃料電池，并在電池腔 室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口；所述的雙室微生物燃料電池為采用陰極電解液并用質(zhì)子交 換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微生物燃料電池，并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢 液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和電解液出口；
[0068] 第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙 室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接； 第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液 進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料電池 的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第η只 單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn) 口同時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽； [0069] 培養(yǎng)基采用循環(huán)續(xù)批式或連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微生物 燃料電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔 室、第二只單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η只單 室微生物燃料電池腔室；陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池 的陰極腔室；
[0070] 單室微生物燃料電池電極與雙室微生物燃料電池的電極采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)連 接；
[0071] 在具體實(shí)施例中，所述培養(yǎng)基成分包括：Na2HP04 · 12Η20:2· 56-15. 35g/ L，ΚΗ2Ρ04:0· 5-3g/L，CH3⑶ONa · 3H20 :2. 25-10. 14g/L，NaCl:0. 5-lg/L，NH4C1:0. 1-0. 3g/ L，MgS04 · 7H20:0. 1-0. 3g/L，CaCl2:11. 327-15mg/L。
[0072] 所述陰極液可以為20?60mM噸4的鐵氰化鉀溶液或者濃度為20?60mM 的 亞硫酸鉀溶液。
[0073] 在具體實(shí)施例中，陰極液中還可以加入pH為4. 8、濃度為40?80mM · I71磷酸鹽 緩釋劑，所加入的磷酸鹽緩釋劑與鐵氰化鉀溶液或亞硫酸鉀溶液的比例為4:1。
【權(quán)利要求】
1. 微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)PH值的方法，其特征在于：包括如下步驟： A、制作η只采用空氣陰極的單室微生物燃料電池；并在電池腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢 液出口；η取彡1的自然數(shù)； Β、制作η只采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微生物 燃料電池；并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和電解 液出口； C、 將η只單室微生物燃料電池和η只雙室微生物燃料電池用活性污泥接種，使之能夠 產(chǎn)生連續(xù)電流； D、 將第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙 室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接； 第一只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液 進(jìn)口連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料電池 的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第η只 單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn) 口同時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽； Ε、將培養(yǎng)基采用循環(huán)續(xù)批式或連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微生物 燃料電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔 室、第二只單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η只單 室微生物燃料電池腔室； F、將陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池的陰極腔室。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)ΡΗ值的方法，其特征在于：所 述培養(yǎng)基成分包括：Na2HP0 4 · 12Η20:2· 56-15. 35g/L, ΚΗ2Ρ04:0· 5-3g/L, CH3COONa · 3Η20 : 2. 25-10. 14g/L, NaCl :0. 5-lg/L, NH4C1 :0. l-〇. 3g/L, MgS04 · 7H20:0. l-〇. 3g/ L, CaCl2:ll. 327-15mg/L〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)PH值的方法，其特征在于：所 述陰極液為20?60mM · Γ1的鐵氰化鉀溶液或者濃度為20?60mM · Γ1的亞硫酸鉀溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微生物燃料電池堆自調(diào)節(jié)PH值的方法，其特征在于：在陰極 液中還加入pH為4. 8、濃度為40?80mM · Γ1磷酸鹽緩釋劑，所加入的磷酸鹽緩釋劑與鐵 氰化鉀溶液或亞硫酸鉀溶液的比例為4:1。
5. 單雙室耦合微生物燃料電池堆，包括η只單室微生物燃料電池和η只雙室微生物燃 料電池；η取彡1的自然數(shù)；其特征在于： 所述的單室微生物燃料電池為采用空氣陰極的單室微生物燃料電池，并在電池腔室設(shè) 置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出口；所述的雙室微生物燃料電池為采用陰極電解液并用質(zhì)子交換膜 分隔陰極腔室和陽極腔室的雙室微生物燃料電池，并在陽極腔室設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)口和廢液出 口，在陰極腔室設(shè)置電解液進(jìn)口和電解液出口； 第一只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口連接培養(yǎng)基存儲器，第一只雙室微 生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第一只單室微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；第一 只單室微生物燃料電池的廢液出口與第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的培養(yǎng)液進(jìn)口 連接；第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第二只單室微生物燃料電池的培 養(yǎng)液進(jìn)口連接；依次類推；第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室的廢液出口與第η只單室 微生物燃料電池的培養(yǎng)液進(jìn)口連接；所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的電解液進(jìn)口同 時連接電解液存儲器，所有雙室微生物燃料電池的陰極腔室的廢液出口連接廢液槽； 培養(yǎng)基采用循環(huán)續(xù)批式或連續(xù)流方式注入，培養(yǎng)基將依次流過第一只雙室微生物燃料 電池陽極腔室、第一只單室微生物燃料電池腔室、第二只雙室微生物燃料電池陽極腔室、第 二只單室微生物燃料電池腔室……第η只雙室微生物燃料電池陽極腔室和第η只單室微生 物燃料電池腔室；陰極液通過陰極腔室設(shè)置的電解液進(jìn)口注入雙室微生物燃料電池的陰極 腔室； η只單室微生物燃料電池電極與η只雙室微生物燃料電池的電極采用串聯(lián)、并聯(lián)或混 聯(lián)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的單雙室耦合微生物燃料電池堆，其特征在于：所述培養(yǎng)基成 分包括：Na2HP0 4 · 12Η20:2· 56-15. 35g/L, ΚΗ2Ρ04:0· 5-3g/L, CH3COONa · 3Η20 :2· 25-10. 14g/ L，NaCl:0.5-lg/L，NH4Cl:0. 1-0. 3g/L，MgS04· 7Η20:0· 1-0. 3g/L，CaCl2:11. 327-15mg/L。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的單雙室耦合微生物燃料電池堆，其特征在于：所述陰極 液為20?60mM · L-1的鐵氰化鉀溶液或者濃度為20?60mM · L-1的亞硫酸鉀溶液。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的單雙室耦合微生物燃料電池堆，其特征在于：在陰極液中還 加入pH為4. 8、濃度為40?80mM · L-1磷酸鹽緩釋劑，所加入的磷酸鹽緩釋劑與鐵氰化鉀 溶液或亞硫酸鉀溶液的比例為4:1。
【文檔編號】H01M8/24GK104103847SQ201410327561
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】李俊, 鄒文天, 葉丁丁, 朱恂, 廖強(qiáng), 王宏, 陳蓉, 丁玉棟 申請人:重慶大學(xué)