[發明專利]光催化微生物燃料電池高效去除揮發性有機污染物的裝置

有效

• 申請號: 202010128590.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111420547B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 劉憲華;郭雅靜;戴業欣;王姣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/74;B01D53/44;B01D53/72;C01B3/56;H01M8/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

1.一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發性有機污染物的裝置，包括反應器本體(21)，在反應器本體頂壁的下表面設置有UV燈(9)，進氣管(10)貫穿所述頂壁設置，在進氣管上設置有第一閥門(11)；出氣管(12)貫穿反應器本體上部側壁設置，在出氣管上設置有檢測器連接管(16)和第二閥門(13)，檢測器連接管與檢測器(15)連接，檢測器連接管上設置有第三閥門(14)；石墨陽極(1)貫穿反應器本體下部側壁設置，進液管(17)和排液管(19)貫穿反應器本體下部側壁設置，在進液管(17)上設置有第四閥門(18)，在排液管(19)上設置有第五閥門(20)，其特征是在反應器本體(21)的中部設置有濾紙層(4)，所述濾紙層與光催化空氣陰極(5)連接，濾紙層(4)和光催化空氣陰極(5)將反應器本體分成陰極室(6)和陽極室(7)，所述光催化空氣陰極(5)用下述方法制成：

(1)制備納米金剛石/BiOI/ZnO光催化劑：

按比例，取10mg～50mg納米金剛石，20～100mgBiOI，20～100mgZnO加入在2mL-6mL去離子水中，然后加入終濃度1～10μg/L的單寧和終濃度5～50mg/L的聚苯胺，在室溫下攪拌40min～80min，于120～180℃水熱反應22h～26h，干燥后得到納米金剛石/BiOI/ZnO光催化劑；

(2)PVDF延流液制備：

按比例，將1～5g PVDF與23g～50gN-甲基吡咯烷酮混合，攪拌3h-5h，加0.1～1g氧化石墨烯、0.01～0.05g兒茶素、0.1～0.6g碳納米纖維，繼續攪拌1～2小時，靜置2～4小時進行脫氣得到PVDF延流液；

所述PVDF為聚偏二氟乙烯的簡寫；

(3)光催化空氣陰極的制備：

用刮刀將所述PVDF延流液涂在碳纖維布的A面，使厚度為400μm～800μm，放置在去離子水中以進行相轉化2-3小時，在空氣中干燥，得到PVDF膜；按比例，將1～20mg所述納米金剛石/BiOI/ZnO光催化劑和0.5-1mL去離子水混合均勻得混合液一，用刷子將混合液一刷在PVDF膜的B面，使每平方厘米面積的所述納米金剛石/BiOI/ZnO光催化劑的負載量為0.1～1.0mg；在室溫下自然干燥，獲得光催化空氣陰極。

2.一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發性有機污染物的方法，其特征是包括如下步驟：

(1)使用權利要求1的一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發性有機污染物的裝置；

(2)按比例，在0.5L～1L營養液中放入0.1L～0.5L從污水處理廠獲得的好氧污泥與30g～50g石墨顆粒得到陽極液2，關閉第一閥門(11)、第二閥門(13)、第三閥門(14)和第五閥門(20)，打開第四閥門(18)，將陽極液2通過進液管(17)通入陽極室(7)，關閉第四閥門(18)，放置6-8天，培養生物膜；

(3)打開第一閥門(11)，通入含有揮發性有機化合物的氣體，關閉第一閥門(11)，打開UV燈(9)，反應1-2小時；

(4)打開第三閥門(14)，用檢測器(15) 檢測廢氣處理效果，當廢氣中揮發性有機化合物濃度低于10mg/cm³，關閉第三閥門(14)，打開第二閥門(13)，排放氣體。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征是所述營養液包括：1gL^-1的葡萄糖，20.008gL^-1的氯化鈣，0.11gL^-1NH₄Cl，0.029gL^-1KH₂PO₃，0.021gL^-1MgSO4，余量為水。