技术领域
[0001] 本
发明属于微生物
燃料电池领域,特别涉及一种快速检测微生物产电能力的装置。
背景技术
[0002]
微生物燃料电池(Microbial fuel cell,简称MFC)是以产电微生物为生物催化剂,直接将
阳极燃料的
化学能转化为电能的一种特殊的
燃料电池,将其应用在污
水处理领域,集产电与污水
净化为一体,具有十分光明和诱人的应用前景。
[0003] 产电微生物是微生物燃料电池的核心,然而目前已经得到纯化分离的产电微生物只有不足十种,其关键原因之一就是检测周期长,严重制约了对于阳极产电过程和产
电机理的进一步研究。
[0004] 关于微生物燃料电池的中国
专利有15项,《一种富集微生物的电化学方法,用于分析有机物和
生化需氧量的生物
传感器》00809995.2,《一种用于
废水处理的使用废水和活性
污泥的生物燃料电池》00810805.6,《微生物燃料电池》200410066753.9,《用微生物燃料电池检测水中有毒物质的方法和装置》03807769.8,《无膜和无介体的微生物燃料电池》03813043.2,《一种生态厕所》200610038252.9,《燃料电池用菌紫质
质子交换膜的制备方法》200510114213.8,《从有机废水中发电空气
阴极生物燃料电池》200510010593.0,《生物燃料电池》200480023415.5,《一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池》200510011855.5,《一种无介体微生物燃料电池》200510079759.4,《一种双筒型微生物燃料电池》200610113873.9,《
生物反应器-直接微生物燃料电池及其用途》200510086618.5,《可堆栈式单室微生物燃料电池》200610144991.6,《一种微生物燃料电池》200420090582.9;实用新型专利1项《一种微生物燃料电池》200420090582.9。到目前为止还没有一项与快速检测微生物产电能力相关的专利技术。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种快速检测微生物产电能力的装置,以提高产电微生物的筛选和检测效率。
[0006] 为实现所述的目的,本发明基于产电微生物在微生物燃料电池的产电特性,提出一种快速检测微生物产电能力的装置,所采用的技术方案为:
[0007] 一种快速检测微生物产电能力的装置,所述装置的组成结构为:首先从下到上依次叠放下层聚
碳酸酯板,
硅胶垫,
钛片,碳纸,质子膜,碳纸,钛片,硅胶垫,上层聚碳酸酯板,用紧固
螺栓将上述各组件紧固在一起;再用聚碳酸酯板将丁基胶塞压紧在所述上层聚碳酸酯板上用来密封上层聚碳酸酯板中心的圆孔,用紧固螺栓将顶层聚碳酸酯板与其余各组件紧固;所有紧固在一起的组件放置在平面皿中,平面皿中盛装
铁氰化
钾。
[0008] 所述的用来紧固上下层聚碳酸酯板及其中间各组件的紧固螺栓的
螺母部分置于顶层聚碳酸酯板相应的通孔中。
[0009] 所述下层聚碳酸酯板中心的圆孔和平面皿连通共同作为
阴极室;所述上层聚碳酸酯板中心的圆孔作为
阳极室。
[0010] 所述阳极室密封并保证厌氧状态和排除杂菌污染,并在其中接种微生物。
[0011] 所述上、下两层碳纸分别作为阳、阴
电极。
[0012] 所述质子膜将上下两层聚碳酸酯板的中心圆孔分割开;所述硅胶垫用于各组件的密封和碳纸的
定位;所述钛片作为本装置阴阳极的引电材料,用于采集阴阳极之间的
电压。
[0013] 所述装置在组装前,所有组件用去离子水清洗干净,组装完成后整体灭菌。
[0014] 所述
微生物接种在厌氧箱或氮气保护下进行,以保持厌氧菌的活性。
[0015] 本发明提出的快速检测微生物产电能力的装置可以在5小时内检测微生物的产电能力,相比于现有的检测方法几天到一周的检测时间大大提高了效率。
附图说明
[0016] 图1为快速检测微生物产电能力的装置的结构示意图;
[0017] 图2为顶层聚碳酸酯板的结构示意图,图2a为侧视图,图2b为俯视图;
[0018] 图3为上、下层聚碳酸酯板的结构示意图,图3a为侧视图,图3b为俯视图。
具体实施方式
[0019] 本发明提供了一种快速检测微生物产电能力的装置,下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0020] 图1为快速检测微生物产电能力的装置的结构示意图。该装置的组成主要包括平面皿1,下层聚碳酸酯板2,碳纸3,钛片4,硅胶垫5,质子膜6,丁基胶塞7,长、短紧固螺栓8、9,上层聚碳酸酯板10和顶层聚碳酸酯板11。
[0021] 所述各部分依次叠放并使用紧固螺栓压合成“三明治”式结构;首先从下到上依次叠放下层聚碳酸酯板2,硅胶垫5,钛片4,碳纸3,质子膜6,碳纸3,钛片4,硅胶垫5,上层聚碳酸酯板10,用短紧固螺栓9通过上下两层聚碳酸酯板2的通孔311~314将各层组件紧固;丁基胶塞7在上层聚碳酸酯板上,用顶层聚碳酸酯板11压紧以密封上层聚碳酸酯板中心的圆孔300,用长紧固螺栓8通过上下两层聚碳酸酯板的通孔301~304和顶层聚碳酸酯板11的通孔201~204将顶层聚碳酸酯板11与其余各组件紧固,用以压紧丁基胶塞7;短紧固螺栓9的螺母部分分别置于顶层聚碳酸酯板11的通孔211~214中。
[0022] 将紧固在一起的部件放置在平面皿1中,平面皿1中盛装铁氰化钾,下层聚碳酸酯板中心的圆孔和平面皿连通共同作为阴极室;上层聚碳酸酯板中心的圆孔作为阳极室,体积为200μL,接种微生物于该阳极室,阳极室密封以保证厌氧状态和排除杂菌污染。上下两层聚碳酸酯板中心的圆孔300深度6毫米,直径10毫米;上、下两层碳纸3分别作为本系统的阴、阳电极,质子膜6将上下两层聚碳酸酯板中心的圆孔分割开,硅胶垫5用于各组件的密封和碳纸的定位,钛片4用于采集阴阳极之间的电压。
[0023] 使用聚碳酸酯板作为本装置的阴阳室是因其具有高透明度和良好的热稳定和化学
稳定性,满足微生物产电能力检测的要求。
[0024] 钛片作为本装置阴阳极的引电材料,注意不能使用
银片或
铜片做引电材料。
[0025] 在组装前,将所有组件用去离子水清洗干净,组装完成后整体灭菌备用。
[0026] 接种本检测系统需要在厌氧箱或氮气保护下进行,以保持厌氧菌的活性。在厌氧箱将待检测的微生物菌液200μL接种至本检测系统阳极室,接种完成使用丁基胶塞密封并用聚碳酸酯板紧固定位以保持厌氧条件。
[0027] 在本检测系统阳极钛片和阴极钛片之前连接
电阻形成外
电路,电压采集系统实时采集电阻两端的电压值。经过5小时,接种有产电微生物试验组
输出电压会逐渐升高到稳定,微生物产电能力可用在同一外阻条件下输出电压的高低来表征,产电能力强的微生物输出电压高,反之则低;根据本装置的试验结果,输出电压高的实验组将作为下一步分离研究的对象,输出电压低的实验组将被弃掉。