[發明專利]一種過濾型陰極微生物脫鹽電池及其應用

有效

• 申請號: 201610166002.7
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105762394B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 黃霞;左魁昌;陳熹;梁鵬;張瀟源
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/0289;H01M8/06;C02F3/34
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 劉烽;桑勝梅

本發明涉及一種微生物脫鹽電池，其特征在于，所述微生物脫鹽電池包括過濾型陰極模塊，并且所述過濾型陰極模塊主要由導電微濾膜構成。本發明還涉及該微生物脫鹽電池的應用。

技術領域

本發明涉及一種電池，尤其涉及一種微生物電池。本發明還涉及該電池的應用。

背景技術

傳統的污水處理需要消耗大量能量，其中傳統活性污泥法處理城市污水每噸水的能耗大約為0.2-0.4kW，導致僅城市污水處理能耗占到國家總能耗的1-3％。而另一方面，污水中的有機物含有大量的化學能，污水中化學能的能量密度大約為1.93kW/m³，遠高于污水處理需要消耗的能量。然而，在傳統活性污泥法對污水的處理過程中，這部分有機物的化學能通常被直接氧化成二氧化碳，或者轉化成為剩余污泥，并沒有得到很好的回收和利用。

微生物脫鹽電池(Microbial Desalination Cell,MDC)作為一種新型的生物電化學技術，能夠同時實現污水處理、產電、脫鹽。其基本原理是在產電微生物的作用下，陽極凈化污水并將污水中有機物的化學能轉化為電能，陰極實現氧氣的還原，而中間脫鹽腔體則在內部電場作用下實現含鹽水的淡化。由于具有這些特點，近些年微生物脫鹽電池受到了全球學者的廣泛關注，其性能也得到了大幅度提高。其中性能最優且最具實用潛力的構型是樹脂填充型堆疊式MDC，其具有以下優點：

(1)電流效率高：堆疊式的構型可以實現一個電子的移動推動多對離子的遷移脫鹽。

(2)內阻低：填充的陰陽離子交換樹脂可以降低反應器內阻，促進產電從而強化脫鹽。

然而，傳統堆疊式微生物脫鹽電池也具有一些缺點：

(1)脫鹽過程中同時需要多種水體，包括陽極液(污水)、含鹽水以及陰極液，增加了MDC的運行復雜性，限制了其應用領域及使用范圍。

(2)會同時產生多種出水，包括陽極液出水、陰極液出水以及濃水出水，因而其淡水產率一般較低，不利于淡水資源的回收利用。

(3)除了淡水出水之外對其他出水處理效果差，比如無法對其陽極出水和陰極出水的懸浮物及鹽分進行去除，導致其陽極和陰極出水水質一般較差。

發明內容

針對上述堆疊式MDC存在的問題，本發明將堆疊式MDC和導電微濾膜結合，研發了一種全新的過濾型陰極微生物脫鹽電池。

本發明的一個目的在于，提供一種微生物脫鹽電池，其特征在于，所述微生物脫鹽電池包括過濾型陰極模塊1，并且所述過濾型陰極模塊1包括導電微濾膜。

在本發明的一個優選的實施方式中，所述導電微濾膜的孔徑在0.08-1.5微米之間，優選在0.1-1微米之間，更優選在0.3-0.7微米之間。

微濾膜作為一種多孔分隔材料，其孔徑較小。由于其孔徑小、孔隙率高、厚度薄等特點，因此，微濾膜能夠截留固體懸浮物、細菌以及一些大分子量膠體等物質。

傳統微生物脫鹽電池中的產電型空氣陰極模塊只具備產電功能，不具備污水過濾性能。而本發明使用導電微濾膜作為陰極模塊，可以起到導電、過濾和氧氣還原的作用，能同時進行污染物的截留及產電。

在本發明的一個優選的實施方式中，所述過濾型陰極模塊包括導電微濾膜、陰極集電體、模塊框體、模塊進氣口、模塊出氣口和模塊出水口，所述模塊框體上有可與外部連通的部分(例如有可與外部連通的孔或者穿孔板)，在該可與外部連通的部分上包覆有所述導電微濾膜，或者是通過模塊進氣口或模塊出氣口與外部連通。本發明的過濾型陰極模塊的一個具體的實施方式的結構示意圖可例如參見圖2(A)。

在本發明的一個優選的實施方式中，所述導電微濾膜由碳基材和/或金屬基材制得。其應具有導電、氧氣還原以及污水過濾的功能。