一种可自发电的植物盆栽的制作方法

本实用新型涉及微生物燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种可自发电的植物盆栽。

背景技术：

微生物燃料电池(microbialfuelcell,mfc)是一种能量的转换器，可将有机物直接转换成电能的一种装置，可应用于污水处理，实现废水处理与电能再生之双重功效。近年来，随着该领域研究的不断深入，逐渐以空气阴极微生物燃料电池为主，因大气中可供应源源不绝的氧气，具有高氧化还原特性，适合作为阴极最常见的电子受体。然而现有的微生物燃料电池在日常生活中的应用仅少数，仅有尿液微生物燃料电池、植物型微生物燃料电池有被报导过，而多数仍作为科学研究尚未迈入日常生活中的应用。微生物燃料电池的应用上，另一个瓶颈即是需要使用价格昂贵的nafion薄膜作为阴阳电极中间的隔离膜，或是需要在阴极端镀上一层昂贵的铂金作为氧气的催化剂，故限制了在日常生活中大规模的应用。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种可自发电的植物盆栽，旨在提供一种成本低廉、制备简单且具有高实用性的微生物燃料电池结构，以满足微生物燃料电池进一步推广使用需要。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可自发电的植物盆栽，包括：

花盆组件，包括第一槽体和第二槽体，所述第一槽体顶部具有一开口，所述第二槽体的底部盖合在所述开口处；所述第一槽体底部的中间部位竖直设置有一隔板，用以在所述第一槽体内形成两个第一腔室，所述第一腔室用于盛放微生物以及有机污水；所述第二槽体的底部开设有若干通孔，用以使所述第二槽体的第二腔室与所述第一腔室流体连通，所述第二腔室用于放置土壤与植物；

发电组件，包括阳极、阴极、导线以及小型电器；所述阳极设置在第一腔室内并浸没于所述有机污水中，所述阴极竖直设置在所述第二腔室内并通过所述通孔向下延伸至所述第一腔室内与所述阳极串联；所述小型电器设置于所述第一槽体外壁且通过所述导线与所述阳极、阴极电性连接。

作为进一步优化，所述阴极包括具有一顶部开口的管柱以及设置在所述管柱内部的吸水性水凝胶和导电性多孔陶瓷环；所述管柱包括上半部与下半部，所述下半部的管壁上开设有若干第一小孔；所述吸水性水凝胶充满所述管柱内部，所述导电性多孔陶瓷环位于所述上半部并被所述吸水性水凝胶所包围；所述导线缠绕在所述导电性多孔陶瓷环上且从所述导电性多孔陶瓷的中间通道穿过并延伸出所述管柱的开口。

作为进一步优化，所述阴极还包括开设有若干第二小孔的顶盖，用于盖合在所述管柱的开口，所述导线能够穿过所述第二小孔；所述管柱为圆柱形。

作为进一步优化，所述吸水性水凝胶为琼脂、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸钠和聚乙烯醇中的一种或多种。

作为进一步优化，所述吸水性水凝胶为浓度5％～15％的聚乙烯醇。

作为进一步优化，所述阳极为碳纤维布。

作为进一步优化，所述通孔包括第一通孔和第二通孔；所述第一通孔孔径小于所述第二通孔，所述第二通孔有两个，分别设置在两个所述第一腔室上方，两个所述阴极分别通过两个所述第二通孔向下延伸分别两个所述第一腔室内的两个所述阳极串联。

作为进一步优化，所述小型电器为计时器、闹钟或者小型灯泡。

通过采用上述技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果：

本实用新型提供的一种可自发电的植物盆栽，是以双槽式微生物燃料电池为主要的主体结构，并搭配空气阴极式微生物燃料电池的结构，将两种微生物燃料电池整合后，再搭配植物型微生物燃料电池的概念，获得了一种成本低廉、制备简单且具有高实用性的微生物燃料电池结构，以满足微生物燃料电池进一步推广使用需要。除此之外，本实用新型还循环再利用了有机污水等废弃物，提高了资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型提供的可自发电的植物盆栽的结构示意图；

图2是图1中阴极的结构示意图。

图中标记：11-第一槽体；12-第二槽体；13-隔板；14-第一腔室；15-第二腔室；16-土壤；17-植物；18-有机污水；19-阳极；20-阴极；21-导线；22-管柱；23-吸水性水凝胶；24-导电性多孔陶瓷环；25-顶盖；26-第一通孔；27-第二通孔；28-第一小孔；29-小型电器；30-第二小孔；32-下半部；33-上半部。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

由图1所示，本实用新型的实施例提供了一种可自发电的植物盆栽，包括花盆组件和发电组件。

请参考图1，花盆组件,包括第一槽体11和第二槽体12。所述第一槽体11顶部具有一开口，所述第二槽体12的底部盖合在所述开口处。所述第一槽体11底部的中间部位竖直设置有一隔板13，用以在所述第一槽体11内形成两个第一腔室14，所述第一腔室14用于盛放微生物以及有机污水18；所述第二槽体12的底部开设有若干通孔，用以使所述第二槽体12的第二腔室15与所述第一腔室14流体连通，所述第二腔室15用于放置土壤16与植物17。当对植物17和土壤16进行浇水时，多余的水分会通过第二槽体12底部开设的通孔流到第一槽体11的两个第一腔室14当中，为第一腔室14内的提供微生物并供给所需要的养分与水分。需要说明的是，第一腔室14内含有微生物的有机污水18的水位上限高度不可以超过隔板13高度。

作为进一步优化，所述有机污水18和所述微生物可由外部额外添加至所述第一腔室14内。所述有机污水18可为一般糖水、饮料、洗米水、稀释酒精、厨馀渗滤液，但不限于此，只要有机污水18含有的有机物能被微生物分解并释放出电子和质子即可。所述微生物可为大肠杆菌、葡萄球菌、地杆菌等，微生物的可来源于水沟内污泥、土壤16、鱼虾养殖污泥或活性污泥，但不限于此，只要能与有机污水18发生反应产生生物电的微生物即可。所述植物17可仙人掌、仙人球、芦荟等所有可以用于土培的植物17。所述土壤16可为园林土壤，腐殖土、营养土等包含有机物的土壤16。

请参考图1，发电组件包括阳极19、阴极20、导线21以及小型电器29。所述阳极19设置在第一腔室14内并浸没于所述有机污水18中，所述阴极20竖直设置在所述第二腔室15内并通过所述通孔向下延伸至所述第一腔室14与所述阳极19串联。所述小型电器29设置于所述第一槽体11外壁且通过所述导线21与所述阳极19、阴极20电性连接。其中，导线21与阳极19、阴极20和小型电器29的连接如图1所示，连接结束后，待第一腔室14内的微生物与有机污水18反应数日后即会有电能产生并为低功率小型电器29提供电源。这是由于，在第一腔室14的厌氧环境下，有机污水18中的有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极19之间进行有效传递，并通过导线21传递到阴极20形成电流，为小型电器29提供电源，而质子则传递到阴极20，与电子受体(氧气)反应生成水。其中，所述低功率小型电器29为计时器，小型闹钟，小型马达或者小型灯泡等。

需要说明的是，需要说明的是，所述导线21可为具有导电性能的钛丝线或者铜丝线。更为优选地，所述导线21为钛丝线，导电性能强，传导效果好。所述导线21未浸没在有机污水18的部位均包覆热缩膜，用以保护与绝缘导线21。

作为进一步优化，所述通孔包括第一通孔26和第二通孔27。所述第一通孔26孔径小于所述第二通孔27，所述第二通孔27有两个，分别设置在两个所述第一腔室14上方，两个所述阴极20分别通过两个所述第二通孔27向下延伸分别与两个所述第一腔室14内的两个所述阳极19串联。第一通孔26的作用为让多余的水分会通过流到第一槽体11的两个第一腔室14当中，并保证位于第二腔室15内的土壤16不过分流失，避免对植物17造成危害。第二通孔27的形状则适配于阴极20设定，一般第二通孔27孔径大于第一通孔26孔径，便于所述阴极20从第二腔室15内进入第一腔室14与阳极19串联，又可避免土壤16从第二通孔27直接进入第一腔室14内造成损失。

作为进一步优化，所述阳极19为碳纤维布。碳纤维布所具备的碳纤维能较好的传递电流。碳纤维布与导线21缠绕连接后，所述导线21通过第一通孔26引出花盆组件外部，而后在导线21外周包覆热缩膜用以绝缘导线21。

作为进一步优化，请参考图2，所述阴极20包括具有一顶部开口的管柱22以及设置在所述管柱22内部的吸水性水凝胶23和导电性多孔陶瓷环24。所述管柱22包括上半部33与下半部32，所述下半部32的管壁上开设有若干第一小孔28。所述吸水性水凝胶23充满所述管柱22内部，所述导电性多孔陶瓷环24位于所述上半部33并被所述吸水性水凝胶23所包围。所述导线21缠绕在所述导电性多孔陶瓷环24上且从所述导电性多孔陶瓷环24的中间通道穿过并延伸出所述管柱22的开口。所述吸水性水凝胶23作为隔离层，用于隔离第一腔室14内的有机污水18以及微生物进入阴极20内，且吸水性水凝胶23所具备的吸水性能能够吸附阴极20还原反应产生的水，并将水导引至管柱22的下半部32，通过管柱22下半部32的第一小孔28排到第一腔室14内。而导电性多孔陶瓷环24则可加快氧气在阴极20的还原速度，提高整个装置的产能效率。

作为进一步优化，所述管柱22的材料可为硬质塑料制成，材料更为易得且价格低廉。

作为进一步优化，所述阴极20还包括开设有若干第二小孔30的顶盖25，用于盖合在所述管柱22的开口，所述导线21能够穿过所述顶盖25的第二小孔30；所述管柱22为圆柱形。圆柱形的管柱22更易设置，且对管柱22添加开设第二小孔30的顶盖25，一是确保管内的物质不会轻易被倒出，二是保证留有第二小孔30让导线21与氧气进入阴极20内部。

作为进一步优化，所述第一小孔28的直径为0.5-8mm，便于阴极20生成水的排出；所述第二小孔30的直径为0.1-3mm，便于引出导线21。

作为进一步优化，所述吸水性水凝胶23为琼脂、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸钠和聚乙烯醇中的一种或多种。需要说明的是，选用的琼脂一般为浓度为1％～5％琼脂溶液制备形成的琼脂凝胶。

作为进一步优化，在本实用新型的一较佳实施例中，所述吸水性水凝胶23为浓度5％～15％的聚乙烯醇。其中，所述聚乙烯醇先通过-20℃～0℃低温冷冻后在18℃～40℃常温解冻，反复进行1～3次冷冻/解冻步骤获得所述吸水性水凝胶23。这样步骤获得的吸水性水凝胶23吸水效果好，且不会溶化在水中，可为上半部33的导电性多孔陶瓷环24提供支撑。

作为进一步优化，所述导电性多孔陶瓷环24是多孔陶瓷环经有机溶液浸泡后，在100℃～250℃将所述有机溶液浓缩成黏稠状，干燥后经700℃～1500℃高温煅烧所形成。将有机溶液浓缩成粘稠状后，有机溶液可以有效的包裹在多孔陶瓷环的表面和孔洞表面，而后干燥后再进行煅烧，是有机溶液进行性碳化，在多孔陶瓷环表面与孔洞表面修饰上具有导电性的多孔碳结构，为氧气提供了更多的反应位点，加快阴极20的氧化还原反应，提高产能效率。需要说明的是，本实用新型提供的导电性多孔陶瓷环24的电阻需小于1000ω以下方可使用。

作为进一步优化，所述有机溶液为葡萄糖液、尿液和食品浓缩废水的一种或多种。

作为进一步优化，在本实用新型的一较佳实施例中，如图2所示，所述管柱22内部设置有多个所述导电性多孔陶瓷环24并呈竖直布置，进一步加快阴极20的氧化还原反应，提高产能效率。

本实用新型提供的可自发电的植物盆栽，是以双槽式微生物燃料电池为主要的主体结构，并搭配空气阴极式微生物燃料电池的结构，将两种微生物燃料电池整合后，再搭配植物型微生物燃料电池的概念，获得了一种成本低廉、制备简单且具有高实用性的微生物燃料电池结构，以满足微生物燃料电池进一步推广使用需要。除此之外，本实用新型还循环再利用了有机污水等废弃物，提高了资源利用率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。