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基本信息

項目名稱：
瘤胃雙室微生物電池的制作及其產(chǎn)電性能的研究
小類：
能源化工
簡介：
本發(fā)明利用農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，在微生物降解纖維素的同時產(chǎn)生電能的新技術(shù)，即在陽極室利用纖維素降解菌群厭氧發(fā)酵，在將農(nóng)用廢棄物轉(zhuǎn)化為粗飼料的同時將電子傳遞給外電路，無需特殊電極和電子介體，單純依靠菌群中的協(xié)同作用完成電子傳遞
詳細(xì)介紹：
本發(fā)明利用農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，在微生物降解纖維素的同時產(chǎn)生電能的新技術(shù)，本實驗利用纖維素菌和甲烷菌作為發(fā)電的菌株，用麩皮、CMC-Na作為纖維素菌的碳源，討論他們的基本生長條件和產(chǎn)電條件以便選擇可提高產(chǎn)電量生長、產(chǎn)電條件。最后采用雙室電池研究它的產(chǎn)電情況，這是本試驗最創(chuàng)新的地方，這樣做可以進(jìn)一步解決環(huán)境污染問題具有很重要意義。

作品圖片

  • 瘤胃雙室微生物電池的制作及其產(chǎn)電性能的研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

研發(fā)目的 本發(fā)明以秸稈纖維素為原料，目的是建立一種與瘤胃微生物協(xié)同代謝同步穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)。這種產(chǎn)電技術(shù)成本低，生產(chǎn)過程幾乎沒有污染物排放，適合在偏遠(yuǎn)地區(qū)和廣大農(nóng)村地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用。 基本思路 本研究的技術(shù)思路是采用瘤胃微生物轉(zhuǎn)化秸稈纖維素產(chǎn)電，并以農(nóng)業(yè)廢棄物（玉米秸稈、小麥秸稈和稻草）為原料，當(dāng)前，微生物纖維素發(fā)電的研發(fā)目的并不是和熱機發(fā)電行業(yè)競爭，而是補充電力生產(chǎn)能力，尤其在 偏遠(yuǎn)地區(qū)和災(zāi)害時期能夠代替電煤發(fā)揮應(yīng)急作用。創(chuàng)新點 本研究項目采用瘤胃微生物降解纖維素，建立一種與微生物代謝同步的發(fā)電體系；工藝上與農(nóng)村粗飼料發(fā)酵和沼氣生產(chǎn)嫁接，并利用基因工程菌株降解秸稈中的木質(zhì)素，所需纖維素原料只需簡單預(yù)處理，克服了稀酸水解工藝中的諸多問題，與目前廣泛應(yīng)用的電煤熱機發(fā)電形式相比，在生產(chǎn)成本上占有很大的優(yōu)勢，該技術(shù)思路在國內(nèi)沒有相關(guān)報道，即使在國際上也處于領(lǐng)先地位 技術(shù)關(guān)鍵，瘤胃生態(tài)體系的體外模擬及木質(zhì)素的有效降解。 主要技術(shù)指標(biāo) 1) 瘤胃微生物群體外培養(yǎng)時間能達(dá)到10天；并能長期保藏。 2) 纖維素降解率能達(dá)到80%。 3) 微生物發(fā)電產(chǎn)生的輸出功率到100 mW m–2，電壓達(dá)到0.7V。

科學(xué)性、先進(jìn)性

電能是國家可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，而傳統(tǒng)熱機發(fā)電正面臨著化石能源日益枯竭的重大難題。研究借助微生物代謝將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的微生物電池技術(shù)，是補充電力資源的有效途徑。許多有機廢棄物都可以作為微生物產(chǎn)能代謝的電子供體。本課題以雙室瘤胃微生物產(chǎn)電系統(tǒng)為研究對象，以資源豐富的秸稈纖維素為陽極發(fā)電底物，陰陽極分別利用纖維素降解菌群（株）和產(chǎn)氣菌群（株）進(jìn)行催化。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

曾發(fā)表文章，并獲得發(fā)明專利。

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

模型展示

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

本發(fā)明利用農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，在微生物降解纖維素的同時產(chǎn)生電能的新技術(shù)，即在陽極室利用纖維素降解菌群厭氧發(fā)酵，在將農(nóng)用廢棄物轉(zhuǎn)化為粗飼料的同時將電子傳遞給外電路，無需特殊電極和電子介體，單純依靠菌群中的協(xié)同作用完成電子傳遞，陽極室內(nèi)纖維素降解產(chǎn)物可作為粗飼料；陰極利用自養(yǎng)型產(chǎn)氣菌群，接受的H+和電子，產(chǎn)生H2、CH4等氣體，可作為燃料或提純后作為工業(yè)原料；陰、陽室之間以成本較低的生物膜相隔，同時處于厭氧環(huán)境，無需采用通氮保護(hù)；該方法產(chǎn)電性能好、生產(chǎn)成本低且避免給環(huán)境造成二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景；該降解裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作容易，實用性強，有利于大規(guī)模推廣。 適應(yīng)范圍及推廣前景 本發(fā)明是一種新能源發(fā)電技術(shù)，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。而且以其作燃料由于秸稈燃燒熱能利用率極低（在10%以下），對資源也是極大的浪費。利用這些廢棄的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)通過生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)電，比電煤熱機、核電等發(fā)電技術(shù)成本低，原料廣泛，尤其在農(nóng)村直接改造原有的沼氣和粗飼料發(fā)酵設(shè)備，就能應(yīng)用推廣。

同類課題研究水平概述

英國植物學(xué)家Michael Cpotter在1912年提出并設(shè)計一種最早的微生物燃料電池系統(tǒng)。他把酵母和大腸桿菌放入含有葡萄糖的培養(yǎng)基中進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，其產(chǎn)物能在鉑電極上顯示0.2mA和0.3V~0.5V的電壓，從此開始了微生物燃料電池的研究。 20世紀(jì)70年代，以電子媒介作為電子傳遞方式的介體微生物燃料電池引起了研究者的關(guān)注，但由于系統(tǒng)中使用了有毒的介體材料才能夠得到一定的電壓輸出，這樣對環(huán)境造成了很大的影響，使得這一研究停止。直到20世紀(jì)90年代，燃料電池再一次受到人們的關(guān)注，越來越多的工作開始投入到MFC領(lǐng)域[12]。1987年，Lovley等發(fā)現(xiàn)了一種能夠不通過電子傳遞介體而能將電子直接從微生物體內(nèi)傳遞到體外的微生物，這種對環(huán)境無影響的成果從而使得這一領(lǐng)域的研究再一次在國際上受到關(guān)注。 進(jìn)入21世紀(jì)，世界范圍內(nèi)的MFC領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，成為本世紀(jì)環(huán)境工程領(lǐng)域研究領(lǐng)域的熱點之一。在MFC領(lǐng)域研究的各國學(xué)著分別在MFC構(gòu)型，陰極和陽極的材料選擇與改進(jìn)，底物選擇，電子傳遞機理，篩選純種產(chǎn)電菌等方面進(jìn)行了深入的研究和探討。
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