[發(fā)明專利]厭氧氨氧化微生物燃料電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010131138.7
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN101794896A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭平;張吉強;丁爽;陳婷婷;陸慧峰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;C02F3/34;C02F3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物燃料電池，尤其涉及一種厭氧氨氧化微生物燃料電池。

背景技術(shù)

微生物燃料電池(Microbial?Fuel?Cells，簡稱MFC)是一種以微生物為陽極催 化劑，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。利用微生物燃料電池，不僅可以直接 將水體或污泥中的有機物降解，而且可以將有機物代謝過程中產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)化 為電流，從而獲得電能。近年來，在環(huán)境污染和能源危機的雙重壓力下，由于 微生物燃料電池可同時處理廢水并產(chǎn)生電能，這項新技術(shù)越來越受人們青睞， 已成為廢水處理及新能源開發(fā)領(lǐng)域的研究熱點。

微生物燃料電池的工作原理如下：在陽極微生物的作用下，底物分解產(chǎn)生 電子、質(zhì)子及其它代謝產(chǎn)物；部分電子傳遞到陽極表面并通過外電路到達(dá)陰極， 質(zhì)子經(jīng)產(chǎn)電基質(zhì)到達(dá)陰極；在陰極表面，電子、質(zhì)子與電子受體結(jié)合并形成電 流。絕大多數(shù)微生物燃料電池以有機物為產(chǎn)電基質(zhì)，產(chǎn)電微生物為兼性厭氧菌， 電池構(gòu)型有雙室和單室兩類。這些微生物燃料電池存在以下缺點：(1)在已發(fā) 現(xiàn)的兼性厭氧產(chǎn)電菌中，除腐敗希瓦氏菌(Shewanella?putrefaciens)、地桿菌 (Geobacteraceae)、鐵還原紅螺菌(Rhodoferax?ferrireducens)等幾種細(xì)菌外，其 余產(chǎn)電菌的電子傳遞效率很低，需要額外添加中性紅、2，6-蒽醌等電子中介體來 強化電子傳遞，中介體大多有毒且價格較高。(2)雙室微生物燃料電池由質(zhì)子 交換膜分割為陰、陽兩個極室，質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳遞能力可改變陰、陽極室 的pH值，減弱微生物活性和電子傳遞能力，而且質(zhì)子交換膜價格昂貴 (4000～12000元人民幣/m²)；傳遞到陰極的電子需要外加電子受體來結(jié)合，電 子受體有兩種供給方式，一種方式是利用鐵氰化物和高錳酸鹽等具有高氧化活 性的化學(xué)物質(zhì)，此法無需在陰極上負(fù)載貴金屬催化劑，但成本高、再生難、易 造成二次污染，另一種方式是以空氣作為電子受體，雖然空氣廉價易得，但其 氧化還原速率低，需在陰極負(fù)載鉑等貴金屬催化劑。(3)單室微生物燃料電池 沒有陰極室，但仍需質(zhì)子交換膜，其陰極也需負(fù)載貴金屬催化劑而且還需復(fù)雜 的防水處理。(4)產(chǎn)電基質(zhì)為有機物，電導(dǎo)率低，電池內(nèi)阻大，產(chǎn)電效率低， 有時需要額外添加無機離子以增強其導(dǎo)電性。產(chǎn)電效率低和造價高已成為制約 現(xiàn)有微生物燃料電池發(fā)展和應(yīng)用的兩大瓶頸。

針對現(xiàn)有微生物燃料電池的上述缺陷，本發(fā)明以厭氧氨氧化菌為產(chǎn)電菌， 無需添加電子中介體；以含有氨氮和亞硝酸鹽氮的無機廢水為產(chǎn)電基質(zhì)，陰、 陽兩極處于同相溶液內(nèi)，無需設(shè)置質(zhì)子交換膜；產(chǎn)電基質(zhì)中亞硝酸鹽可直接作 為陰極電子受體，無需另外提供陰極電子受體，陰極附著產(chǎn)電生物膜，可提高 電子傳遞效率，無需負(fù)載貴金屬催化劑；產(chǎn)電基質(zhì)為無機離子，電池內(nèi)阻低， 電池性能好，產(chǎn)電效率高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種厭氧氨氧化微生物燃料電 池。

厭氧氨氧化微生物燃料電池由恒溫攪拌系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系 統(tǒng)三部分組成，恒溫攪拌系統(tǒng)設(shè)有恒溫磁力攪拌器本體和磁力攪拌子；反應(yīng)系 統(tǒng)設(shè)有筒狀反應(yīng)器本體和密封蓋，筒狀反應(yīng)器本體下部設(shè)有進(jìn)水管，筒狀反應(yīng) 器本體上部設(shè)有出水管，筒狀反應(yīng)器本體內(nèi)部裝有產(chǎn)電基質(zhì)，產(chǎn)電基質(zhì)中浸有 游離厭氧氨氧化菌和附著厭氧氨氧化菌的掛膜陽極和掛膜陰極，密封蓋上部設(shè) 有陽極導(dǎo)線固定管、陰極導(dǎo)線固定管、取樣管和參比電極固定管，筒狀反應(yīng)器 本體和密封蓋之間設(shè)有密封圈并通過法蘭連接；數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)有負(fù)載、 導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集器和連線電腦，負(fù)載兩端通過導(dǎo)線分別與掛膜陽極和掛膜陰極 相連。