[發明專利]基于微生物燃料電池的Fe(II)EDTA再生方法

有效

• 申請號: 201310062831.7
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103123976A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 劉強;易鵬;樓真君;李蜜
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

????本發明涉及一種新型的基于微生物燃料電池同步產電和Fe(II)EDTA再生方法，屬于廢水處理和廢氣凈化環境保護工程技術領域。

背景技術

NOx是我國當前正在致力解決的大氣污染問題之一，該氣體的排放主要來自煤炭燃燒過程，其中90%以上都以NO的形式存在。Fe(II)EDTA絡合吸收煙氣中的NO是一種非常有希望的煙氣脫硝技術。該技術主要利用Fe(II)EDTA與NO反應生成亞硝酰絡合物（Fe(II)EDTA-NO）而使NO進入液相，使煙氣中的NOx得以去除。在該過程中，部分Fe(II)EDTA會被煙氣中的氧氣氧化，生成對NO無絡合作用的副產物Fe(III)EDTA。具體的反應過程如（1）-（2）式所示。

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為此，很多學者圍繞著Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA的加速還原方法，如化學還原、微生物還原、電化學還原等開展了研究。

微生物燃料電池（Microbial?fuel?cell,?MFC）是利用微生物作為反應主體，將物質的化學能直接轉化為電能的一種裝置。典型的微生物燃料電池包括陽極室和陰極室，二者之間被質子交換膜分隔。在陽極室中，有機物作為電子供體被微生物所氧化，產生的電子傳遞到陽極并通過外電路被傳輸到陰極，產生的質子（氫離子）通過質子交換膜轉移到陰極室，然后電子和質子在陰極與電子受體相結合，從而實現產電全過程。

近年來，微生物燃料電池在環境污染控制中的應用受到了廣泛的關注，主要的原因在于該技術可以在去除污染物的同時，高效地回收能量產生電力，在當前能源危機的背景下，具有非常重要的意義。

發明內容

本發明以微生物燃料電池進行亞鐵螯合劑吸收NO產物的還原和同步產電為總體目標，以亞鐵螯合物對NO氣體的吸收產物（以Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA為主要代表）作為燃料電池陰極電解液，利用燃料電池陰極的電化學還原作用實現亞鐵螯合物的再生并產生電力。

本發明的采用原理如下所述：

微生物燃料電池是微生物電化學系統的一種。根據電化學原理，如果在電化學系統中陽極和陰極的反應能導致體系吉布斯自由能的降低，則反應可以自發進行并產生電力，反之則需要輸入電力（為電解池）。如果反應可自發進行，則電池體系所產生的標準電壓如式（3）所示：

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式中j表示產物，i表示反應物，v表示化學計量系數，表示反應物和產物的吉布斯自由能。標準電壓的也可以用電池陽極和陰極的標準氧化還原反應電位來表示，如式（4）所示：

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式中代表陰極的標準電極電位，代表陽極的標準電極電位。

在Fe(II)EDTA吸收NO產物的電化學還原中，主要發生了如下反應：

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因此，在微生物燃料電池的陰極中將上述反應加以整合，利用微生物燃料電池技術實現Fe(II)EDTA吸收NO產物的再生和同時產電過程。

根據上述原理，本發明采用如下技術方案：

構建雙室型微生物燃料電池，以石墨顆粒為填料，以石墨碳棒為電極，以醋酸鈉為陽極底物（為避免陽極過程對陰極的影響，陽極采用連續流的方式，穩定地供給底物），分別以Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO（約10?mmol/L）作為燃料電池陰極的反應物，與1KΩ外電阻連成閉合回路，進行實驗。

本發明特點在于利用Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO均可以在微生物燃料電池陰極得到還原，將微生物燃料電池技術和化學吸收NO有機結合起來，既解決了NO在水中溶解度低的問題，又避免了直接厭氧微生物還原和直接電化學還原能耗過大的劣勢，實現Fe(II)EDTA的還原和同步產電。

本發明利用燃料電池的特點，將各種廢水（廢液）的處理過程與亞鐵螯合物吸收NO產物的再生過程相耦合，利用廢物中蘊含的化學能驅動亞鐵螯合劑吸收產物的再生和產電，實現以廢治廢。同時，對Fe(II)EDTA再生不需要額外的化學藥劑、能量輸入，還能產生一定的電力。

附圖說明

圖1微生物燃料電池裝置示意圖。

圖2帶陽極馴化裝置的微生物燃料電池裝置示意圖