在微生物电化学反应器阳极构建电催化细菌生物膜的方法

摘要

本发明涉及一种在微生物电化学反应器阳极构建电催化细菌生物膜的方法，步骤如下：先组装微生物电化学反应器并连接电路，第一路为在阳极与阴极之间串联固定电阻，第二路为在阳极与阴极之间串联直流稳压电源、电流表、可变电阻器和循环时间继电器的工作触头；然后向阳极室注入细菌生长培养基液并接种菌源，接通第一路对微生物阳极进行预启动，测量阳极电势变化得到极化曲线，确定阳极的极限电流值；接着以脉冲极限电流刺激电催化细菌生物膜生长后，再次得到新极限电流值，然后在新极限脉冲电流下进行下一轮刺激，如此反复直至极限电流无明显增长，阳极电催化细菌生物膜即构建完成，该电催化细菌生物膜能够在较高工作电流下稳定运行。

主权项

一种在微生物电化学反应器阳极构建电催化细菌生物膜的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：⑴组装微生物电化学反应器，所述微生物电化学反应器包括阳极室和阴极室；⑵连接电路元件，电路元件包括选择开关、固定电阻、直流稳压电源、电流表、可变电阻器、循环时间继电器和辅助直流电源，所述选择开关的共端与所述阳极连接，所述选择开关的第一选择端与所述固定电阻串联后与所述阴极连接，所述选择开关的第二选择端依次与所述直流稳压电源、电流表、可变电阻器和所述循环时间继电器的工作触头串联后与所述阴极连接，所述循环时间继电器的线圈通过辅助开关连接在所述辅助直流电源的两端；⑶微生物阳极预启动，向所述微生物电化学反应器的阳极室注入细菌生长培养基液将阳极浸没，再向所述阳极室中接种含产电菌的微生物菌源，接着将所述选择开关拨至与第一选择端接通，使阳极通过固定电阻与阴极电连接，对微生物阳极进行预启动；⑷连续测量微生物阳极在预启动过程中的阳极电势变化，阳极电势变化依次分为三个阶段，第一阶段为缓慢下降阶段，阳极电势处于高位在2～7天内共下降小于0.1V；第二阶段为快速下降阶段，阳极电势在10～20小时内下降0.2V～0.6V；第三阶段为平稳变化阶段，阳极电势变化的幅度稳定在±0.03V以内达10小时以上，当阳极电势变化到达第三阶段即为微生物阳极预启动完成，阳极的电催化细菌生物膜初步构建完成；⑸断开选择开关，采用线性扫描伏安法测量微生物阳极的极化曲线，测量时以阴极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，将阳极电势从‑0.6V扫描到0V，根据扫描得到的电流‑电势图确定阳极的极限电流值；⑹利用公式R=U/I计算进行脉冲电流刺激时所需要可变电阻器的工作阻值，其中U为所述直流稳压电源的输出电压，I为步骤⑸测得的极限电流值，然后调整所述可变电阻器至计算得到的工作阻值下；再调节循环时间继电器的通断时间控制脉冲电流的脉冲宽度和通断时间比，所述通断时间比为(0.5～1)秒∶1秒；接着将所述选择开关拨至与第二选择端接通，同时接通所述辅助开关，使设定好的极限脉冲电流对微生物阳极进行电流刺激，电催化细菌生物膜在上述电流刺激下生长和发展30～40小时；⑺断开所述选择开关，以步骤⑸的方法再次测量微生物阳极新的极化曲线，得到新的更高的极限电流值，然后按步骤⑹的方法在新的极限脉冲电流下再对微生物阳极进行进一步极限脉冲电流刺激，如此反复循环；⑻当重复的极限脉冲电流刺激后，根据步骤⑸的方法得到的极化曲线与上一轮的极化曲线相比，极限电流值的增长低于5%，阳极电催化细菌生物膜即构建完成。