[發(fā)明專利]一種處理含乳化油廢水并能發(fā)電的燃料電池及制備方法

在審

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• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111517452A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 張少君;王明雨
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/34;H01M8/16;C02F101/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種處理含乳化油廢水并能發(fā)電的燃料電池及制備方法；利用海藻酸鈉與氯化鈣交聯(lián)反應生成凝膠，以碳酸鈣為起泡劑形成大孔骨架，包埋產(chǎn)電菌群，最后用羥丙基甲基纖維素（HPMC）包膜，形成產(chǎn)電微生物導彈；該微生物導彈應用到MFC陽極液中對含乳化油廢水的降解率達到了87%；將產(chǎn)電微生物導彈應用到MFC陽極液中對含乳化油廢水的COD去除率達到了80%；所述的裝置和方法不僅改善了現(xiàn)有微生物燃料電池對含乳化油廢水COD去除率低以及降解率低的問題，而且制作成本低，原材料來源廣泛，穩(wěn)定性好、制備工藝簡單，是一種具有廣泛應用前景的微生物燃料電池陽極液填充材料。

技術領域

本發(fā)明涉及處理含乳化油廢水技術和微生物燃料電池陽極液技術，具體涉及本發(fā)明公開了一種處理含乳化油廢水并能發(fā)電的燃料電池及其制備方法。

背景技術

目前，解決日趨嚴重的環(huán)境污染問題和探尋新的能源是人類社會能夠完成可持續(xù)發(fā)展的兩大根本性問題；近年來，由于海洋石油的頻繁開采和海上運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，導致石油泄漏事故越來越多，港口裝卸石油時漏油事件也時有發(fā)生；海上油田石油勘探開發(fā)中的泄漏和含乳化油廢水排放，導致受污染的海域范圍不斷擴大；此外，含乳化油廢水是較難處理的一種污水，其來源廣泛、危害大、成分復雜，進入水體后，進入水體后會對生態(tài)、水環(huán)境等產(chǎn)生嚴重的影響，因而對含乳化油廢水的處理應當引起人們的重視；目前，污水處理費時、費錢，還消耗大量能量，基本是只投入不產(chǎn)出的行業(yè)，成為各國政府頭疼的一大難題；據(jù)統(tǒng)計，5%的電力消費被用于污水處理，在此情況下微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，簡稱MFC）作為一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置正在走向世界能源的舞臺；

MFC是一種能清潔廢水的同時產(chǎn)生電能的新型技術，MFC可以利用微生物將有機物中的化學能轉化為電能，在陽極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子；電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑在陰極得到電子被還原與質子被還原與質子結合成水；MFC既可以將含乳化油廢水中的污染物轉化成無機物，不會產(chǎn)生二次污染，又可以在轉化過程中將化學能轉化為電能；雖然利用MFC處理含乳化油廢水具有安全、環(huán)保、可靠、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，但目前在實際應用方面仍然存在MFC對含乳化油廢水化學需氧量（COD）去除率低以及降解率低等許多問題亟待解決，其根源在于產(chǎn)電微生物對陽極液環(huán)境條件變化敏感，導致MFC功率密度輸出低；

為了解決上述問題，以生物導彈藥物的思路，可以定向制造，針對環(huán)境中污染物的特點，制備靶向性產(chǎn)電“微生物導彈”，將產(chǎn)電微生物定向運送至MFC陽極液中的懸浮油滴處，從而吸附降解乳化油；產(chǎn)電微生物導彈能夠固定化大量產(chǎn)電微生物，從而顯著提高MFC的產(chǎn)電量，提高對油污的降解率、降低含乳化油廢水的COD值；產(chǎn)電微生物具有靶向性的特異性生物分子或基團親和配位原理合成的功能高分子載體、親油性強的材料與油滴之間通過靶向基團相互吸引，可以成為清除溢油殘油污染的理想載體；制備這種具有高吸附性能的載體可以對其表面進行化學修飾從而賦予其表面多種活性功能功能團(如-OH，-COOH，-CHO，-NH₂，-SH等)；生物導彈載體在生物醫(yī)學、固定化微生物等許多領域顯示出強大的生命力；如公開號CN108251409B“復合微生物導彈”不僅可以解決施用游離降解菌與本土微生物存在拮抗作用，還具有追蹤油污的能力；公開號CN101045067A“納米生物導彈”對癌細胞識別的特異性高，通過爆炸的物理作用徹底殺死癌細胞；公開號CN104689339A“一種直接導入式多用途生物導彈”，使用分子偶聯(lián)劑將制導裝置、導入裝置以及殺傷裝置應用化學偶聯(lián)法偶合，用于治療疾病有顯著效果；公開號CN1526450A“鐳核素體內(nèi)放射抗癌生物導彈”使用礦石提純來制取鐳核素，通過化合反應配以生化藥物載體；