[發明專利]一種微生物電解池陽極用電極棒及其制備方法

有效

• 申請號: 201810990175.X
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109256566B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蔣永榮;秦永麗;謝錦邦;熊昌勛;莫姍姍;韋巧艷;梁英;伍嬋翠;張敏
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/16
• 代理公司: 廣州市一新專利商標事務所有限公司 44220
• 代理人: 李春霞

本發明公開了一種適用于微生物電解池的陽極用電極棒以及制備方法，所述電極棒是在通常的電極外包裹一層由金屬粉、水泥、細沙混合制成的防腐層，構成陽極用電極棒。所述電極棒在保證導電性能的前提下，將電極與空氣或溶液中的氧氣隔絕，減緩了其腐蝕速度，同時水泥成分的存在增加了電極的強度，使得電極具有更好的機械性能，從而延長了微生物電解池中電極的使用壽命。

技術領域

本發明涉及廢水處理及微生物電解池技術領域，具體涉及一種微生物電解池陽極使用的電極棒以及制備方法。

背景技術

微生物電解池（microbial electrolysis cell，MEC）是在電化學、微生物學、過程工藝學等學科交叉與綜合的基礎上所構建的體系。MEC的基本原理為：在陽極室，微生物作為催化劑發生生物催化反應，微生物氧化陽極室內基質中的某些組分（如乙酸鹽、葡萄糖等），生成二氧化碳、質子、電子，產生的電子傳遞到陽極表面，隨后通過外電路傳遞到陰極表面，質子則通過擴散方式到達陰極室；在陰極室，擴散到陰極表面的質子和電子結合生成氫氣、甲烷等產物。MEC因其在原理上所展現出從廢水中高效回收生物能源的巨大潛力而成為環境前沿領域新技術之一，目前MEC不僅對生活污水、工業廢水及難降解有機廢水有良好的處理效果，同時可回收H₂、CH₄、H₂O₂、甲酸等資源。

微生物電解池的陽極作為生物膜的主要形成場所，對微生物的附著、生長及電子轉移等的影響尤其明顯，目前公開的技術中多采用鐵陽極-微生物電解池系統用于廢水處理和能源回收。但該鐵陽極-微生物電解池在實際應用中容易發生鐵電極的腐蝕現象，且隨著時間的累積，鐵電極腐蝕現象愈加嚴重，最后造成電極板結，導電能力嚴重下降，從而大大降低了鐵電極的使用壽命，限制了鐵陽極-微生物電解系統在實際廢水處理中的推廣應用。為了緩解鐵電極腐蝕板結問題，一些研究者采用在鐵電極中摻入其他金屬材料（形成合金材料）或將其置于厭氧環境中等緩解措施，盡管以上方法都在一定程度上減緩了鐵電極的腐蝕速度，但由于其成本高及運行環境要求苛刻等原因在一定程度上限制了其在微生物電解池中的應用。

發明內容

本發明提供了一種適用于微生物電解池的陽極用電極棒，具體的方案是在通常的電極外包裹一層由金屬粉、水泥、細沙混合制成的防腐層，構成陽極用電極棒。所述電極棒在保證導電性能的前提下，將電極與空氣或溶液中的氧氣隔絕，減緩了其腐蝕速度，同時水泥成分的存在增加了電極的強度，使得電極具有更好的機械性能，從而延長了微生物電解池中電極的使用壽命。

所述電極的材料可以是任何適用于做微生物電解池陽極的金屬，防腐層中的金屬粉優選采用與所述電極材料相同金屬屬性的金屬制備，也可以采用不同金屬屬性的金屬制備。金屬粉的摻入量以不過分降低防腐層強度為宜，金屬粉的顆粒尺寸小于細沙顆粒尺寸。本發明給出的防腐層材料成分優選的比例是：水泥、細沙、金屬粉體積比為3-5 : 1 : 1-3。為防止電解池溶液從電極棒引出電極線的端部滲入，還可以在此端部覆蓋一層樹脂加以阻擋。

此外，本發明還提供了所述微生物電解池陽極用電極棒的制備方法，所述方法包括如下步驟：（1）水泥、細沙、金屬粉按體積比為3-5 : 1 : 1-3的比例混合，配制成防腐漿液；其中的水泥可以采用通常的建設用水泥。（2）將電極線呈螺旋狀纏繞在金屬棒上得到金屬電極體。（3）將金屬電極體懸置于內部尺寸大于金屬電極尺寸且一端開口的內空模具中，從模具開口端澆筑上述防腐漿液至完全包裹金屬電極，待固化完成后移除模具得到陽極用防腐電極棒。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明實施例中防腐鐵電極與普通鐵電極的Tafel曲線對比圖。

圖3是本發明實施例中防腐鐵電極與普通鐵電極使用測試結果圖。

附圖中：1.電極線；2.金屬棒；3.防腐層。

具體實施方式