[發明專利]微藻產生細胞活電電池及在清理水中的重金屬污染物上的應用

在審

• 申請號: 201810628285.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108946947A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 潘玉瓊;王瑞華;巴拉吉·普拉薩;葉偉林;葉曉君
• 申請（專利權）人: 北京師范大學-香港浸會大學聯合國際學院;潘玉瓊;王瑞華
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;H01M8/16;C02F101/20
• 代理公司: 武漢維盾知識產權代理事務所(普通合伙) 42244
• 代理人: 蔣悅

本發明的技術方案提供微藻產生細胞活電電池，包括陽極池和陰極池，陽極池和陰極池之間由陽離子交換膜隔開，陽極池、陰極池內部分別固定有電極，并且由電線連接，所述的陽極池內設置有藻類生物，陰極池內設置有污水，在光照條件下，陽極的藻類生物產生細胞活電清理水中的重金屬污染物。本發明利用生物細胞活電降低重金屬離子進入穩定的固體形式，使電極易收藏。作為生物細胞活電是提高重金屬如鉛，砷，鎘，鉻，汞電解回收的關鍵。由藻類產生的電子將通過外部電路到達臟水箱。在電極的電子電離的鄰近的分子如水和氧氣，同時攻擊正面的重金屬離子靠近位置允許不同的化學反應發生，對重金屬離子如減少，固體金屬氧化物形成。

技術領域

本發明涉及一種活電電池，具體為微藻產生的活電電池，并將該活電電池應用于除去污水中的重金屬，屬于電化學技術領域。

背景技術

生物質能(biomass energy)，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源，非常有望成為石化資源的替代品。在眾多的生物質能源中，微藻被稱為第三代生物能源，具有周期短、產率高、性狀穩定、環境適應能力強等優點。微藻利用光能和CO₂合成有機物，是一種兼顧固碳和儲存太陽能的優良生物載體。利用微藻能源，在產生巨大的能量同時，還能消耗二氧化碳，解決氣候問題。因此，微藻能源被認為是一種極具開發前途的能源，微藻能源化產業化近年來也成為國內外生物能源和碳減排領域的研究熱點。

微藻發電技術，尤其是利用微生物燃料電池原理，實現微藻直接發電，正受到越來越多研究人員的青睞。以微藻為核心的微藻光合微生物燃料電池(Photosyntheticalgalmicrobial fuel cell,PAMFC)就是通過微藻進行光合作用固定太陽能為生物質能，微藻再通過燃料電池將生物質能轉化為電能，完成能量轉化過程。目前對于PAMFC的研究尚處于實驗室階段，主要存在反應器內阻大，材料成本高，輸出功率低等問題。

公開號為CN107473416A的一種微藻養殖液中重金屬離子脫除的方法中，報到了相關步驟，具體是將收集微藻后的養殖液先在沉淀池中沉淀，以去除不溶于養殖液中的雜質，將近沉淀后的養殖液過濾后，將濾液泵入裝有吸附劑的吸附池，將經吸附劑吸附后的養殖液過濾，濾液經檢測，調整后重復利用，有益效果在于將水處理材料及食品工業中的濾材等進行有機結合，應用到微藻養殖業中，從而達到脫除養殖液中重金屬離子，使養殖液能夠重復利用，以節約成本。專利CN200910220037公開了一種基于光合作用產電的綠藻生物燃料電池，是一種間接法綠藻光解水產氫體系，而微藻產氫會受到氫氣的反抑制作用以及金屬電極的高成本、易中毒的限制。

綜上所述，通過微生物燃料電池技術利用微藻直接發電是一種新型綠色能源技術，具有較高的研究價值，雖然在微藻生物燃料電池反應器設計和材料上已有很多研究，但仍然存在輸出功率低，成本高等問題。

在最新專利(ZL 2015 10095057.9)中，微生物燃料電池條件下的藻類可以釋放將陽極室電極收集的電子(在陽極處)并且經由外部電線穿過到陰極電極。當電子到達陰極時，它將被陰極中的電子受體(還原)所接受。當電子通過外部電線時，會產生電流并可以用萬用表測量。

目前，以微藻直接產生物電方式的凈化水溶液中的重金屬離子的研究報道還比較少。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種微藻產生細胞活電電池，包括陽極池和陰極池，陽極池和陰極池之間由陽離子交換膜(氫離子交換膜)隔開，陽極和陰極分別固定在陽極池、陰極池內部，并且由電線連接，陽極池內設置有藻類生物，陰極池內設置有污水，在光照條件下，陽極的藻類生物產生細胞活電清理水中的重金屬污染物。

本發明的另一技術方案是在上述技術方案的基礎上，將陽極池與陰極池之間經外部電線連接，所述的陽極池由藻類及碳酸氫鹽緩沖液組成，藻類置于用陽離子交換膜分離的兩室罐中的一個室中，并與碳酸氫鹽緩沖液間隔。