[發(fā)明專利]一種利用生物燃料電池反應器產氫并發(fā)電轉換的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910011663.2
• 申請日: 2009-05-21
• 公開（公告）號: CN101560524A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 王黎
• 申請（專利權）人: 沈陽化工學院
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;H01M8/16;C05F5/00;C12R1/645
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司
• 代理人: 張志剛

技術領域

本發(fā)明涉及環(huán)境與生物能源領域，特別是涉及一種利用生物燃料電池 (BFC)反應器處理固體或液體有機廢棄物、將有機物轉化為高附加值的氫 氣燃料或轉化為電能的方法。

背景技術

有機污染物的無害資源化處理，一直是世界各國面臨的問題。口蹄疫、 瘋牛病、禽流感已經使人們改變了傳統(tǒng)的傳統(tǒng)餐飲有機垃圾用于飼料的處理 方式，垃圾焚燒過程中產生的二噁英等有害氣體，也使許多國家制定了慎用 該技術的嚴格法規(guī)，因此，人們日益感覺到開發(fā)綠色有機物處理資源化系統(tǒng) 的急迫性。為解決有機廢水和廢棄物無害化和資源化問題，全球普遍采用生 物堆肥技術將垃圾轉變?yōu)榉柿匣蜻M行填埋處置。隨著世界石油燃料的日益短 缺和對溫室氣體排放危害的認識，氫燃燒由于熱量高，不產生CO和CO₂僅 產生水的特點，而被日益關注。許多研究表明，有機物質制氫或發(fā)電有望可 持續(xù)性解決一些環(huán)境和能源問題，有機物生物產氫或發(fā)電是其衛(wèi)生無害化和 資源化途徑的重要選擇之一。在環(huán)境污染控制過程中，利用微藻(Microalgae) 和梭菌(Clostridia)等微生物，進行光合與厭氧有機廢棄物和廢水中有機物 分解制氫氣。生物燃料電池(Biofuel?cell，縮寫為BFC)可以利用液體或固 體有機污染物發(fā)電，是一種有效的生物電化學在污染控制方法。本發(fā)明將生 物產氫與BFC相結合，利用有機廢棄物或廢水中有機污染物為原料，以微 生物或酶為催化劑，利用生物-電化學過程進行污染物產氫與發(fā)電的轉換， 解決了生物燃料電池在環(huán)境污染控制過程應用中的多功能化方便使用的問 題，更好地將有機污染物按照需轉化為高附加值的氫氣或電能。可以在環(huán)境 污染控制、污水發(fā)電、氫能源燃料、交通和農村使用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于通過對生物燃料電池反應器處理有機生物廢棄物或 廢液的產氫/發(fā)電轉換過程方法的建立，解決了生物燃料電池在環(huán)境污染控制 過程應用中的多功能化方便使用的問題，更好地將有機污染物按照需轉化為 高附加值的氫氣或電能。可以在環(huán)境污染控制、污水發(fā)電、氫能源燃料、 交通和農村使用。促進可持續(xù)生物質能源BFC的利用水平，增強生物質能 利用的競爭力，化解石油能源國家安全風險。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現的：

一種利用生物燃料電池反應器產氫并發(fā)電轉換的方法，該方法包括將固 體發(fā)酵和生物燃料電池相結合的過程，構建一體兩段式固體發(fā)酵耦合離子膜 生物電池系統(tǒng)的一體化生物燃料電池反應器；該生物電池系統(tǒng)由上下兩段構 成，或各自獨立構成兩個反應單元，進行固液分離、產氫或發(fā)電，有機廢水 直接進入BFC中，有機固體通過進料口的切割粉碎裝置將固體有機物粉碎 后進入發(fā)酵反應單元進行液化，液體經滲濾裝置進入BFC單元，殘渣排除 用作肥料；體系的溫度控制在30-60℃，并對BFC反應器產氫并發(fā)電轉換電 極過程的調控，將污染物轉化為高附加值的氫氣或電能。

所述的一種利用生物燃料電池反應器產氫并發(fā)電轉換的方法，所述的生 物燃料電池反應器，在處理有機生物污染物時產氫或進行發(fā)電轉換，質子 形成微生物或酶是進行有機污染物生物-電化學過程產氫與發(fā)電轉換的關 鍵；質子形成微生物或酶的生物培養(yǎng)基配方為：COD?6～25g/L，尿素0.5～ 1.0g/L，磷酸鹽0.1～0.2g/L，其它生長因子的比例為MgSO₄·7H₂O∶FeCl₃∶ NiSO₄∶CaCl₂∶Na₂BO₇·H₂O∶(NH₄)₆Mo₇O₂₄∶ZnCl₂∶CuCl₂·2H₂O∶ CoCl·6H₂O∶MnCl₂·4H₂O＝56∶9∶6∶9∶1∶3∶4∶4∶2∶2∶5的比例。

所述的一種利用生物燃料電池反應器產氫并發(fā)電轉換的方法，在生物電 池系統(tǒng)中有機固體發(fā)酵菌系I將有機生物固體廢棄物液化；有機固體發(fā)酵菌 系I選用酵母源微生物；質子形成菌系II利用熱阻技術、80-110℃的操作溫 度，和批次反應技術篩選，由低溫、中溫土著質子形成微生物組成；由產氫 /發(fā)電轉換功能菌系II評估反應運行評價。