[發(fā)明專利]光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010128590.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111420547B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉憲華;郭雅靜;戴業(yè)欣;王姣
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所 12201
• 代理人: 陸藝

本發(fā)明公開了光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的裝置，該裝置包括反應(yīng)器本體，在反應(yīng)器本體頂壁的下表面設(shè)置有UV燈，進氣管貫穿所述頂壁設(shè)置，出氣管貫穿反應(yīng)器本體上部側(cè)壁設(shè)置，在出氣管上設(shè)置有檢測器連接管并與檢測器連接，石墨陽極貫穿反應(yīng)器本體下部側(cè)壁設(shè)置，進液管和排液管貫穿反應(yīng)器本體下部側(cè)壁設(shè)置，在反應(yīng)器本體的中部設(shè)置有濾紙層，濾紙層與光催化空氣陰極連接并將反應(yīng)器本體分成陰、陽極室，本發(fā)明將光催化與MFC結(jié)合在一起，提高VOCs的降解率，同時提高發(fā)電量，產(chǎn)生凈能。本發(fā)明使用的催化劑可以解決光吸收效率低、性能不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明設(shè)備構(gòu)造簡單、效率高、成本較低、環(huán)境友好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣態(tài)揮發(fā)性有機污染處理領(lǐng)域，具體涉及一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的裝置及方法。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機化合物(VOCs)是造成空氣污染的罪魁禍首，它有助于在二次污染中形成臭氧和可吸入顆粒物，它對人類的居住環(huán)境和健康會產(chǎn)生不可忽略的影響。目前，已經(jīng)設(shè)計了各種物理，化學和生物技術(shù)來去除VOCs，包括吸附，膜分離，焚燒，催化氧化和生物降解等。但是，這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用仍然受到很大限制。例如，吸附技術(shù)只是將有機污染物從一相轉(zhuǎn)移到另一相，而不是將其基本去除。焚化技術(shù)僅適用于低成本的中高濃度揮發(fā)性有機化合物處理。

微生物燃料電池(MFC)是一種利用微生物作為催化劑來實現(xiàn)有機物的氧化降解和發(fā)電的電化學裝置。近年來光催化(PC)由于其溫和的操作條件和VOCs的徹底降解，已成為一種非常有前景的去除VOCs的方法。在MFC中，外生細菌通過外部電路將捕獲的電子轉(zhuǎn)移到陰極并產(chǎn)生電能。這些電子的最終用途取決于陰極中的電子受體。因此，MFC可以與其他系統(tǒng)集成在一起，例如光電催化，以通過充分利用來自陽極的電子來獲得增強的效果將MFC與光催化技術(shù)耦合去除VOCs同時發(fā)電是綠色可持續(xù)的新方法。近年來,將光催化劑引入微生物燃料電池以提高MFC產(chǎn)電效率的研究越來越多，然而,目前很少有研究將復合光催化劑應(yīng)用于微生物燃料電池中。另外，關(guān)于MFC去除VOCs的研究主要集中在液體系統(tǒng)上，以氣體作為MFC的發(fā)電襯底的研究及裝置很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的裝置。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種光催化微生物燃料電池高效去除揮發(fā)性有機污染物的裝置，包括反應(yīng)器本體21，在反應(yīng)器本體頂壁的下表面設(shè)置有UV燈9，進氣管10貫穿所述頂壁設(shè)置，在進氣管上設(shè)置有第一閥門11；出氣管12貫穿反應(yīng)器本體上部側(cè)壁設(shè)置，在出氣管上設(shè)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(shè)置有第三閥門14；石墨陽極1貫穿反應(yīng)器本體下部側(cè)壁設(shè)置，進液管17和排液管19貫穿反應(yīng)器本體下部側(cè)壁設(shè)置，在進液管17上設(shè)置有第四閥門18，在排液管19上設(shè)置有第五閥門20，在反應(yīng)器本體21的中部設(shè)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(yīng)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(yīng)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1～5gPVDF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(xù)攪拌1～2小時，靜置2～4小時進行脫氣得到PVDF延流液；