[發(fā)明專利]一種微生物電化學(xué)CO2捕捉系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110209149.7
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102351310A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何雅玲;王云海;姚森;席奐;王白石
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/32;B01D53/84;B01D53/88;B01D53/62
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境與二氧化碳捕獲封存領(lǐng)域，具體涉及一種集CO₂捕獲、能量回收、污水處理于一體的微生物電化學(xué)CO₂捕獲系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源是人類社會存在發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也關(guān)系到世界各國的安全穩(wěn)定。化石燃料在過去一個世紀(jì)為工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，然而化石燃料作為主要的能源，燃燒所釋放出的溫室氣體對氣候的影響問題日益突出，政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第四次評估報告中對氣候變化的人為和自然驅(qū)動因子、氣候變化觀測事實、氣候的多種過程及歸因以及一系列未來氣候變化預(yù)估結(jié)果的科學(xué)認(rèn)識水平進行了闡述，并指出CO₂是最重要的人為溫室氣體。全球大氣中CO₂濃度已經(jīng)從工業(yè)化前的約280ppm增加到了2005年的379ppm。2005年大氣CO₂濃度值已經(jīng)遠遠超出了根據(jù)冰芯記錄得到的六十五萬年以來濃度的自然變化范圍(180-330ppm)。盡管大氣CO₂濃度的增長速率存在年際變率，其在近十年中(1995年-2005年平均；每年1.9ppm)的增長率，比有連續(xù)直接大氣觀測以來(1960年-2005年平均；每年1.4ppm)的增長速率更高。

迅速發(fā)展的工業(yè)帶來的環(huán)境問題也日益明顯，而大部分現(xiàn)行的環(huán)境處理工藝主要著眼于污染物的處理、轉(zhuǎn)移，并沒有兼顧到CO₂減排與能量回收方面的問題。以傳統(tǒng)的有機廢水處理工藝為例，在有機廢水處理工藝中，生物法已經(jīng)占有很大比例，單純的從廢水處理效率來看，其工藝已經(jīng)比較成熟；但是，從可持續(xù)發(fā)展的長遠角度來看，在整個工藝過程中仍然存在CO₂的排放以及可回收的能源流失等諸多問題。

另外，從新能源的應(yīng)用來減少CO₂排放密度的角度來看，其中微生物產(chǎn)能在未來能源中會扮演重要的角色。近年來，世界各國政府、企業(yè)和科研人員均認(rèn)識到微生物產(chǎn)業(yè)對緩解人類面臨的能源、環(huán)境以及糧食危機具有巨大潛力，紛紛積極尋找以微生物利用為核心技術(shù)的高效、規(guī)模化應(yīng)用的途徑。

綜上所述，隨著CO₂減排以及環(huán)境、能源問題在生產(chǎn)中的重要性逐步提高，發(fā)展結(jié)合環(huán)境污染控制、能量回收以及CO₂減排的技術(shù)是生產(chǎn)發(fā)展中迫切需要的。近年來，在污水處理行業(yè)興起的新技術(shù)——微生物燃料電池(microbial?fuel?cell，簡稱MFC)技術(shù)，及以其為基礎(chǔ)而開發(fā)的微生物電解池(microbial?electrolysis?cell，簡稱MEC)技術(shù)，作為污水處理的新工藝，引起國內(nèi)外的廣泛的關(guān)注。以微生物燃料電池(MFC)和微生物電解池(MEC)為代表的微生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical?System，簡稱BES)，在處理廢水的同時可進行不同形式能量(電能、可燃?xì)怏w)的回收，是一種兼顧環(huán)境、能源問題的新工藝，但其不足之處在于處理廢水和能量回收的同時，陽極仍然會向大氣釋放CO₂，不符合CO₂減排的理念。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在捕捉CO₂的同時，實現(xiàn)能量回收與污水處理的微生物電化學(xué)CO₂捕捉系統(tǒng)。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括微生物燃料電池組及微生物電解池，所述的微生物電解池包括電解池殼體，在電解池殼體內(nèi)設(shè)置有將電解池殼體分隔為電解池陽極室和電解池陰極室的離子交換膜，盛放待處理污水的電解池陽極室和電解池陰極室內(nèi)分別設(shè)置有與微生物燃料電池相連接的電解池陽極電極和電解池陰極電極，電解池陰極室的上端開設(shè)有氣體出口，所述的電解池陽極室通過電解池導(dǎo)氣管與電解池陰極室相連通。

本發(fā)明的微生物燃料電池包括燃料電池殼體以及設(shè)置在該燃料電池殼體內(nèi)的離子交換膜，所述的離子交換膜將燃料電池殼體分隔為燃料電池陽極室和光生物反應(yīng)室，燃料電池陽極室和光生物反應(yīng)室內(nèi)分別設(shè)置有與燃料電池陽極電極和燃料電池陰極電極，其中燃料電池陽極電極與電解池陰極電極相連接，燃料電池陰極電極與電解池陽極電極相連接，光生物反應(yīng)室的上端開設(shè)有碳源入口，所述的電池陽極室通過燃料電池導(dǎo)氣管與光生物反應(yīng)室相連通。

所述的電解池殼體和燃料電池殼體均采用有機玻璃、玻璃或石英透明材質(zhì)制成。

所述的光生物反應(yīng)器內(nèi)加入藍藻、小球藻、螺旋藻、衣藻、硅藻、金藻、甲藻、輪藻、裸藻、石莼、海帶、裙帶菜、紫菜或石花菜的光合微生物。