[發(fā)明專利]提高微生物燃料電池處理聚醚廢水產(chǎn)電量的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710041514.5 | 申請日： | 2017-01-20 |
| 公開（公告）號： | CN107046135A | 公開（公告）日： | 2017-08-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 馮俊生;孫卓;李娜;姚海祥;蔡晨 | 申請（專利權(quán)）人： | 常州大學 |
| 主分類號： | H01M4/86 | 分類號： | H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M8/16;C02F3/34 |
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| 地址： | 213164 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 提高 微生物 燃料電池 處理 聚醚廢 水產(chǎn) 電量 方法 | ||
1.一種提高微生物燃料電池處理聚醚廢水產(chǎn)電量的方法，其特征在于:用聚吡咯和蒽醌-2,6-二磺酸鈉對碳氈進行包埋。
先將碳氈放在熱反應爐中，以氨氣為氣體介質(zhì)，在溫度為600℃、時間為30s的條件下反應，以增加碳氈比表面積；
然后利用常規(guī)的電聚合-摻雜技術(shù)，采用三電極隔膜式H型電解槽，將表面積為3.0×3.0cm2的碳氈作為工作電極，在三電極隔膜式H型電解槽的工作電極室內(nèi)加入100mL濃度為0.029mol/L的蒽醌-2,6-二磺酸鈉(AQDS)和20mL濃度為0.12mol/L的聚吡咯(ppy)后混合均勻；
三電極隔膜式H型電解槽內(nèi)的輔助電極室內(nèi)的輔助電極為鉑片，鉑片表面積為1.0×1.0cm2，將輔助電極室通過陽離子交換膜與工作電極室相連；
在輔助電極室內(nèi)填充120mL，濃度為0.1mol/L的H2SO4；三電極隔膜式H型電解槽內(nèi)的參比電極采用飽和甘汞電極，用二次去離子水配制3mol/L，溫度為20℃的KCl飽和溶液120mL，參比電極通過鹽橋與工作電極室連接；
使用恒電位/恒電流儀控制三電極隔膜式H型電解槽的工作電流密度為1.83～1.86mA/cm2，制備溫度為10.0～10.2℃，聚合時間為3600～3800s；
在工作電極表面形成一層聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉薄層，制得一個碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和一個碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極，將一個碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和一個碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極這兩個電極保存在充有高純氮的蒸餾水中；
所述的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)，采用雙池式結(jié)構(gòu)，具有體積相等的陽極室(3)和陰極室(4)；陽極室(3)和陰極室(4)之間用質(zhì)子交換膜(7)相隔開；質(zhì)子交換膜(7)的頂端和底端通過硅膠墊圈和墊片(2)密封，陽極室(3)和陰極室(4)底部固定連接一塊墊板(8)；陽極室(3)中具有聚醚廢水，底物在微生物作用下被氧化，陰極室(4)中是甲基橙廢水；陽極室(3)和陰極室(4)的頂部均連接一個電極插孔(1)；將上述制得的碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極(5)通過陽極室(3)頂部的電極插孔(1)插入陽極室(3)中，將上述制得的碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極(6)通過陰極室(4)頂部的電極插孔(1)插入陰極室(4)中；將碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極(6)和碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極(5)接入外電路。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的提高微生物燃料電池處理聚醚廢水產(chǎn)電量的方法，其特征在于：用聚吡咯和蒽醌-2,6-二磺酸鈉對碳氈進行包埋。具有如下步驟；
①利用常規(guī)電聚合-摻雜技術(shù)，在工作電極、參比電極和輔助電極三電極隔膜式H型電解槽內(nèi)完成聚合，將已經(jīng)過比表面積增加處理之后的碳氈作為工作電極，工作電極室內(nèi)填充100mL濃度為0.029mol/L的蒽醌-2,6-二磺酸鈉(AQDS)和20mL濃度為0.12mol/L的聚吡咯(ppy)的混合液，使用恒電位/恒電流儀控制工作電流密度為1.85mA/cm2、制備溫度為10℃、聚合時間為3800s，在工作電極表面形成一層聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉薄層，制得碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極；
②將制得的碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極(5)和碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極(6)同時接入外電路，并分別插入微生物燃料電池的陽極室(3)和陰極室(4)中，陽極室(3)和陰極室(4)體積相等且其間以質(zhì)子交換膜(7)相隔；
③將整個微生物燃料電池在無菌凈化操作臺用紫外燈照射30min，吹風約15min將紫外照射后產(chǎn)生的臭氧吹出，組裝完成圖1所示的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)；
④然后啟動該微生物燃料電池，待運行至輸出電壓達到穩(wěn)定，在陽極室(3)中加入COD為5000mg/L的聚醚廢水，在陰極室(4)中加入20mg/L、pH＝3.0的甲基橙溶液，溫度控制在30±1℃左右；
⑤將微生物燃料電池接入負載電阻，由連接計算機的16通道信號采集器連續(xù)自動采集輸出電壓并存儲，每隔1min記錄1次，，外電路接入10000Ω的電阻，在裝置啟動后的0到70小時內(nèi)電壓不斷增大，微生物燃料電池的產(chǎn)電量不斷增大，在70小時后電壓穩(wěn)定在600mV，在120小時后取陽極中的聚醚廢水測量其COD，其COD降為500mg/L，其COD去除率為90％；而用肉眼觀測到陰極中的甲基橙染料，發(fā)現(xiàn)甲基橙燃料基本變?yōu)橥该?，說明微生物燃料電池對甲基橙的降解很徹底；
以下提供1個比較例，具體步驟如下；
微生物燃料電池，陰、陽兩室的體積都為1L，陽極室(3)中加入COD為1500mg/L的聚醚廢水，陰極室(4)中加入20mg/L甲基橙溶液，并調(diào)節(jié)陰極室(4)的溶液pH至3.0，外電路均接10000Ω電阻，啟動微生物燃料電池；在陽極室(3)的聚醚廢水氧化過程中，按時間先后分次吸取3ml底物，采用紫外分光光度計法確定聚醚廢水COD的殘余濃度，繪制出如附圖3所示的時間和聚醚廢水COD去除率的變化的曲線圖；由圖3可知，陰、陽電極均采用碳氈/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉材料的微生物燃料電池陽極室中的聚醚廢水降解效率較高。
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