[發明專利]生物光電化學池

無效

• 申請號: 201310213556.4
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103296299A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 盛國平;臧國龍;時琛;俞漢青
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/86;H01M4/64
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 王立民

技術領域

本發明涉及微生物燃料電池領域，特別涉及一種通過生物陽極強化的陰極光催化制氫裝置。

背景技術

微生物燃料電池能在產電菌的作用下實現廢棄物處置和電能回收，是一種具有較大前景的環境污染控制與清潔能源生產技術。微生物燃料電池以微生物為陽極催化劑，一般由生物陽極和化學陰極構成。

氫氣因其清潔、能量密度高、無污染等一系列優點而成為關注的焦點，光解水制氫技術能直接利用水和太陽光進行產氫，尤其是光陰極制氫技術被認為具有很大前途的制氫途徑。然而，在光陰極制氫系統中，經常需要一個外加偏壓去克服產氫和產氧過電位。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供了一種生物光電化學池。將光催化陰極制氫與生物陽極結合，構建新型的光電生物制氫系統，在光照下實現陰極強化產氫、陽極污染物處置和裝置的同步產電。

為了實現上述的目的，本發明的技術方案是：一種生物光電化學池，包括微生物處理廢水產生電子、質子的陽極系統，還包括陰極系統，所述陰極系統包括陰極液，以及作為光陰極的p型半導體。

優選的是，所述p型半導體為硅片。

優選的是，所述硅片具有納米線結構，并且修飾有助催化劑。

優選的是，所述陰極液為氯化鈉或硫酸鈉等電解質的水溶液。

優選的是，所述陰極系統中的陰極室為光透過的石英玻璃。

優選的是，所述陽極系統中的陽極材料為碳氈。

優選的是，所述陽極系統中的陽極液為普通緩沖鹽和有機燃料。

優選的是，所述陽極液和陰極液通過離子交換膜隔開。

優選的是，所述陽極系統還包括供微生物附著的石墨粒。

優選的是，所述陽極系統中的陽極室具有進液口和出液口。

本發明的池，陽極系統中的微生物氧化有機物燃料產生電子，作為光陰極的p型半導體硅片在光照下光生電子躍遷到導帶，陽極產生的電子與留在價帶的光生空穴結合抑制了光生載流子的復合，從而促進了光生電子的催化效率，即促進了光生電子的還原質子的反應，從而強化光陰極催化制氫。本發明所述裝置結構簡單、操作簡便，便于工業生產。本發明所述技術能夠有效利用太陽能和生物能，在處理污染物的同時產電和產氫，具有良好的經濟效益和環境效益。

附圖說明

圖1示出了本發明化學池的結構示意圖。

圖2示出了本發明化學池3個周期的產電測試圖(52歐姆外電阻)。

圖3示出了本發明化學池3個周期的產氫測試圖。

具體實施方式

為了使本發明解決的技術問題、采用的技術方案、取得的技術效果易于理解，下面結合具體的附圖，對本發明的具體實施方式做進一步說明。

參考圖1，本發明公開的一種生物光電化學池，包括微生物處理廢水產生電子、質子的陽極系統，具體地將，包括陽極室1，其可以是玻璃材料制成，在本發明的一個具體的實施例中，采用的是厭氧微生物，故該陽極室1需要密封塞10進行密封。使用碳氈作為陽極材料6，所述陽極室1內含有待降解的有機廢水，本發明的廢水采用乙酸鈉模擬的實際廢水，采用厭氧污泥為接種微生物，在微生物的作用下，廢水被分解為二氧化碳、電子和質子。為了提高降解的效率，所述陽極室1中還填充有供微生物附著的石墨粒8。為了實現連續的反應，所述陽極室1具有進液口4和出液口5。

本發明的陰極系統包括陰極室2，本發明的陰極室2需要光透過，故該陰極室2優選采用透明的石英玻璃，并采用p型半導體硅片作為光陰極7，為了便于測量，該光陰極7通過外電路9和陽極材料6連通。陰極液可以采用氯化鈉或硫酸鈉等的水溶液。為了便于測量，陰極室還設有采氣孔12。陽極室1和陰極室2通過離子交換膜3隔開。

本發明的化學池，陽極系統中的微生物氧化有機物燃料產生電子，作為光陰極的p型半導體硅片在光照下其光生電子躍遷到導帶，陽極產生的電子與留在價帶的光生空穴結合抑制了光生載流子的復合，從而促進了光生電子的催化效率，即促進了光生電子的還原質子的反應，從而強化光陰極催化制氫。參考圖2、圖3，圖2為3個周期的產電情況(52歐姆外電阻)，圖3為3個周期的產氫情況。本發明所述裝置結構簡單、操作簡便，便于工業生產。本發明所述技術能夠有效利用太陽能和生物能，在處理污染物的同時產電和產氫，具有良好的經濟效益和環境效益。

優選的是，本發明的p型半導體硅片通過本領域所熟知的方式制成硅納米線結構，可提高光吸收能力和反應的效率；進一步地，在其表面修飾助催化劑，例如鈀、鉑等，從而提高硅納米線的開始還原電位和降低還原過電位。