[發(fā)明專利]一種新型沉積物微生物電池及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811573223.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN109818028A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬力;孫黎;馬瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽匯澤通環(huán)境技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;C02F3/00
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發(fā)明公開了一種新型沉積物微生物電池及其應(yīng)用，涉及微生物燃料電池領(lǐng)域。包括陰極，陽(yáng)極，導(dǎo)線和可變電阻；陽(yáng)極和陰極之間通過導(dǎo)線相連接,并串接有可變電阻；陽(yáng)極采用多孔碳纖維材料制成；陰極采用束狀導(dǎo)電中空纖維膜材料制成；還包括陰極支架，PVC塑料管和曝氣機(jī)；陰極固定在陰極支架上；曝氣機(jī)通過PVC塑料管與陰極相連接。本發(fā)明沉積物微生物電池以電極作為電子受體，不需使用離子交換膜將陰陽(yáng)兩極隔開，電極不使用催化劑；并可以在去除含氮污染物的同時(shí)產(chǎn)生一定的電能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物燃料電池領(lǐng)域，特別是涉及一種新型沉積物微生物電池及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

MFC(微生物燃料電池)是通過微生物的厭氧呼吸過程氧化底物、傳遞電子并輸出電能的生物電化學(xué)系統(tǒng)。過微生物的厭氧呼吸過程氧化底物、傳遞電子并輸出電能的生物電化學(xué)系統(tǒng)。MFC產(chǎn)電的主要原理，具體步驟包括：(1)陽(yáng)極微生物將有機(jī)污染物作為底物氧化釋放電子和質(zhì)子，陽(yáng)極作為電子受體接收釋放的電子；(2)陽(yáng)極獲得的電子在外電路通過導(dǎo)線向陰極傳遞，產(chǎn)生電流；釋放的質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜同時(shí)從陽(yáng)極向陰極傳導(dǎo)；(3)陰極接收到電子和質(zhì)子后，將氧氣或其它氧化物作為最終的電子受體，生成水或其它還原產(chǎn)物。由于陽(yáng)極中有機(jī)物質(zhì)的持續(xù)降解和陰極氧化物的持續(xù)被還原，可獲得持續(xù)的電壓和功率輸出。在這一過程中必須保證陽(yáng)極室與氧氣或任何可能的電子受體分開，因此陽(yáng)極必須處于厭氧環(huán)境，否則產(chǎn)生的電子就會(huì)在陽(yáng)極直接消耗掉，不通過導(dǎo)線傳遞，這一部分損失的電子沒有產(chǎn)生電能，屬于無效部分，會(huì)導(dǎo)致庫(kù)倫效率的下降。利用MFC的這一原理，使微生物與陰極終端電子受體分離，“迫使”微生物代謝作用的唯一途徑就是氧化有機(jī)物并向陽(yáng)極傳遞電子。MFC可以通過有機(jī)物的厭氧降解從有機(jī)廢棄物(如廢水、沉積物、植物根莖)中獲得持續(xù)的電能。

MFC的種類繁多，目前可根據(jù)MFC電池構(gòu)型、陽(yáng)極底物或陰極類型等進(jìn)行分類。根據(jù)電池構(gòu)型一般將其分為單室型、雙室型和三室型MFC。根據(jù)陽(yáng)極底物可分為土壤微生物燃料電池、廢水微生物燃料電池、沉積物微生物燃料電池等。

沉積物微生物燃料電池(SMFC)是MFC中的一種。SMFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可為單室構(gòu)造，且無質(zhì)子交換膜，因此成本低，易于實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。典型的SMFC是將電池的陽(yáng)極置于厭氧的沉積物中，將電池的陰極置于上覆水中，電子通過連接陽(yáng)極和陰極的導(dǎo)線傳遞，陽(yáng)極和陰極之間有明顯的泥水界面，但無空間阻隔。河流的沉積物中由于缺少合適的電子受體，使得有機(jī)污染物的厭氧降解緩慢或中斷，SMFC提供的陽(yáng)極作為一種可替代的電子受體，可將微生物氧化分解有機(jī)物獲得的電子受體經(jīng)過陽(yáng)極表面，導(dǎo)線傳遞到陰極，在陰極中通過還原反應(yīng)生產(chǎn)最終的產(chǎn)物，是一種有效且環(huán)保的污染修復(fù)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型沉積物微生物電池及其應(yīng)用，本發(fā)明以電極作為電子受體，不需使用離子交換膜將陰陽(yáng)兩極隔開，電極不使用催化劑；并可以在去除含氮污染物的同時(shí)產(chǎn)生一定的電能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明為一種新型沉積物微生物電池，包括陰極，陽(yáng)極，導(dǎo)線和可變電阻；所述陽(yáng)極和陰極之間通過導(dǎo)線相連接,并串接有可變電阻；

其中，所述陽(yáng)極采用多孔碳纖維材料制成；

其中，所述陰極采用束狀導(dǎo)電中空纖維膜材料制成；

所述陰極的制備包括：

A、導(dǎo)電中空纖維膜的制備

在通氣的狀態(tài)下，將導(dǎo)電的石墨烯材料均勻地涂抹于中空纖維膜的表面并烘干，涂抹后纖維膜仍然具有曝氣性；

B、陰極的制備

利用環(huán)氧樹脂將絲狀的導(dǎo)電中空纖維膜固定于PVC接頭的一端，保證接頭與中空纖維膜相通，利用環(huán)氧樹脂將絲狀的導(dǎo)電中空纖維膜的另一端封閉。