[發明專利]一種陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統

在審

• 申請號: 201810211965.3
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108275777A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 柳麗芬;張藝臻;孫嘉琪;安路陽;王學凱
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/34;H01M8/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池及焦化廢水處理系統包括反應器、曝氣裝置和計算機數據采集系統；所述反應器為雙室，陰極室設置曝氣頭曝空氣，陰極為催化膜電極；兩室之間為石英砂填充的中間室取代質子交換膜；陽極室中放置負載有產電微生物的活性炭顆粒，填充度75-85％，碳棒為導電陽極插入活性炭顆粒中，頂端密閉，有進水口；陰陽極之間連外電阻，阻值為1-1200Ω，外電阻連接數據采集系統，記錄產生電壓；陰極催化膜電極外連出水泵，由陰極催化膜過濾后出水。

2.根據權利要求1所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極催化膜的制備方法，步驟如下：

所述的陰極催化膜為電催化膜或光電催化膜，陰極催化膜中的催化材料是與陽極存在費米能級差的半導體材料或具有電催化活性的材料；通過選擇導電基底或通過添加導電材料增加電極的導電性，實現電子傳遞；將催化材料與成膜材料混合刮膜于基底上制備平板膜，直接將催化材料原位生長于基底上，或添加粘結劑涂覆于基底上，得到陰極催化膜。

3.根據權利要求1或2所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極催化膜導電基底為不銹鋼網、碳纖維布、泡沫鎳或碳氈。

4.根據權利要求1或2所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的導電材料為碳納米纖維、碳納米管、石墨烯或鐵粉，所述的成膜材料為聚偏氟乙烯或醋酸纖維素。

5.根據權利要求3所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的導電材料為碳納米纖維、碳納米管、石墨烯或鐵粉，所述的成膜材料為聚偏氟乙烯或醋酸纖維素。

6.根據權利要求1、2或5所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極電催化膜中的電催化劑為MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的陰極光電催化膜中的半導體催化劑為TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，陰極室外添加紫外或可見光光源。

7.根據權利要求3所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極電催化膜中的電催化劑為MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的陰極光電催化膜中的半導體催化劑為TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，陰極室外添加紫外或可見光光源。

8.根據權利要求4所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極電催化膜中的電催化劑為MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的陰極光電催化膜中的半導體催化劑為TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，陰極室外添加紫外或可見光光源。

9.根據權利要求1、2、5、7或8所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的陰極室中添加濃度為10-200mg/L的過硫酸鹽或過二硫酸鹽促進硫酸根自由基產生，輔助陰極催化作用。

10.根據權利要求9所述的陰極催化膜耦合無膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統，其特征在于，所述的焦化廢水的COD為200-2500mg/L，在啟動反應器前通過稀釋焦化廢水馴化陽極微生物后進水處理，陰極膜通過蠕動泵驅動過濾，運行模式為間歇式或連續式，連續式水力停留時間6h-48h。