[實用新型]光催化和生物復合陽極與生物陰極耦合燃料電池

有效

• 申請號: 201520624100.1
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN204966598U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 周國旺;史惠祥;史宇濱;周昱宏;魚杰;周國強;陳子文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/06;C02F3/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本實用新型涉及一種電池系統，尤其涉及一種微生物燃料電池。

背景技術

能量和水資源的短缺，是全球面臨的兩個重要挑戰，對人類社會可持續發展構成了嚴重威脅。應用廣泛的城鎮污水處理工藝包括傳統活性污泥工藝及變形，如厭氧-缺氧-好氧法（A²O）工藝、氧化溝工藝、序批式活性污泥法（SBR）工藝等。這些工藝對污染物的去除效果好，但運行能耗高、剩余污泥產量大。實際上，污水中蘊含了巨大的能量，1kg化學需氧量（COD）完全氧化為水和CO₂理論上可以產生3.86kW·h的能量，如果生活污水以400mg/LCOD計，則所含能量為1.544kW·h/m3，是我國污水處理廠處理1m3污水平均電耗的5.3倍。近幾年微生物燃料電池（MFC）的出現和快速發展，也實現了從廢水中回收電能，但是距離實際的工業化應用還有很大距離。其一，微生物燃料電池的輸出功率密度低、產生電壓低、電能難以回收利用；其二，微生物燃料電池降解的污染物質主要是無生物毒性的有機物，對持久性有機物的降解效果差。這大大的限制了微生物燃料電池在污染物降解方面的應用。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種光催化和生物復合陽極與生物陰極耦合燃料電池。

為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是：本實用新型光催化和生物復合陽極與生物陰極耦合燃料電池包括反應容器，所述反應容器被第一分隔腔和第二分隔腔分隔為光陽極室、微生物陽極室和陰極室，微生物陽極室位于光陽極室和陰極室之間；所述微生物陽極室內為厭氧環境，所述陰極室為好氧環境，所述光陽極室內置有光催化陽極，所述微生物陽極室內置有用于生長產電微生物的生物陽極，所述陰極室內置有生物陰極；光陽極室設有光陽極室進水口和光陽極室出水口，微生物陽極室設有微生物陽極室進水口和微生物陽極室出水口，陰極室設有陰極室進水口、陰極室出水口和陰極室出氣口；所述光陽極室出水口通過所述第一分隔腔與微生物陽極室進水口連通而使光陽極室內的水流能夠進入微生物陽極室；所述微生物陽極室出水口通過所述第二分隔腔與陰極室進水口連通而使微生物陽極室內的水流能夠進入陰極室；所述光催化陽極和所述生物陰極之間串聯有第一外電阻，所述生物陽極和所述生物陰極之間串聯有第二外電阻。

進一步地，本實用新型所述光陽極室的側壁上設有石英玻璃窗口。

進一步地，本實用新型在反應容器的外部設有光源，所述光源發射的光能夠通過所述石英玻璃窗口進入所述光陽極室內以使光陽極室內的光催化陽極進行光催化反應。

進一步地，本實用新型還包括為所述陰極室提供氧氣的供氧裝置。

進一步地，本實用新型所述供氧裝置包括相互連通的曝氣頭和空氣泵，其中，所述曝氣頭置于陰極室進水口處或置于陰極室內，所述空氣泵置于所述反應容器的外部。

進一步地，本實用新型所述光陽極室進水口低于光陽極室出水口，所述微生物陽極室進水口低于光陽極室出水口，所述微生物陽極室進水口低于微生物陽極室出水口，所述陰極室進水口低于微生物陽極室出水口，所述陰極室出水口高于陰極室進水口。

進一步地，本實用新型所述陰極室的頂部呈敞口狀，該敞口為所述陰極室出氣口。

與現有技術相比，本實用新型具有的有益效果是：（1）將光電催化技術與微生物燃料電池技術耦合在一起，即采用“光催化+厭氧+好氧”技術，利用光催化無選擇性降解污染物的特性，先將具有生物毒性的物質降解為毒性低的小分子，然后進入微生物陽極室進行厭氧生物降解，再進入陰極室進行好氧生物降解，強化難降解污染物的去除；（2）光催化燃料電池的連接可以有效提高微生物燃料電池的陰極電位，進而提高微生物燃料電池的產能；（3）采用將具有電化學活性的生物膜作為陰極催化劑，在生長代謝的同時催化陰極反應，具有穩定、可再生的特點，避免了貴金屬催化劑的使用，降低了裝置的成本；（4）利用光陽極室的內側側壁與微生物陽極室一側側壁之間以及微生物陽極室另一側側壁與陰極室的內側側壁之間的空間作為各個室之間的物理阻隔，能夠有效保障微生物陽極室的生物反應不受陽極室光催化反應的影響，有效阻斷氧氣從陰極室向微生物陽極室的擴散，保障陽極室的絕對厭氧環境；同時通過廢水從光陽極室向微生物陽極室，再從微生物陽極室向陰極室的溢流而達到傳遞質子的目的，因此利用反應容器本身的流態從而不需要離子選擇性透過膜，降低了反應容器成本；（5）能以廢水為燃料生產電能，實現廢水處理和產電的同步進行，有效回收廢水中所蘊含的能量，降低廢水處理的成本。

附圖說明