[發明專利]一種具有弧形結構的生物電化學電極及其應用

在審

• 申請號: 202110452087.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113023874A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 陳重軍;朱國營;謝嘉瑋;馬楫;李宇慶;林振鋒;陳侃
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇凈集團有限公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;C02F101/30
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 向亞蘭

本發明公開了一種具有弧形結構的生物電化學電極及其應用，其包括相對設置的陽極和陰極，該陽極、陰極分別形成有至少一個弧型子電極；且陽極、陰極中，各自的弧型子電極的圓心角角度獨立地為60°?180°；以及采用上述生物電化學電極的處理難降解廢水的生物電化學裝置；該具有弧形結構的生物電化學電極不僅提升了生物相容性，而且可以在水流的作用下將死亡菌種以及雜質菌、廢棄物有效去除，促進了電化學活性細菌生物膜的形成及其穩定性，同時其陰陽兩極還可以設置地更近，加快了電極之間的電子傳遞效率，得到較高的電流密度，從而使得該電極可以應用于難降解廢水的預處理當中，可有效地提升廢水的可生化性，為后端生物處理段緩解處理負擔。

技術領域

本發明涉及微生物電化學技術領域，具體涉及了一種具有弧形結構的生物電化學電極及其應用，該生物電化學電極能夠提高難降解廢水的可生化性。

背景技術

生物電化學系統作為一種兼顧廢水處理及能源產生的可持續發展技術，其已在難降解廢水預處理中展現了巨大潛力。工作原理為系統的陽極電化學活性細菌氧化廢水中的有機底物產生電子，隨后經外電路傳遞至陰極作用于難降解物質的還原反應，達到高效去除難降解污染物的目的。同時，當施加額外電壓可定向強化降解廢水中的有機物。因此，該系統具有外加能量低，處理效能高等優勢。

電極是生物電化學系統結構和功能的關鍵部分，其可以促進電化學活性細菌進行電子轉移，進而加速難降解污染物的降解。陽極為電化學活性微生物代謝提供了場所，并通過陽極反應降低了陰極電勢，從而間接影響了污染物的降解效率。陰極作為電子給體，直接影響著難降解污染物的還原效率。與陽極一樣，陰極對微生物-電極相互作用所形成的生物膜也有重要影響。通常，電極表面反應很大程度上取決于所用電極材料的特性。在過去的幾十年中，電極主要由碳基材料制成，例如碳刷，碳布，碳纖維氈，石墨顆粒等，這些材料具有比表面積大，耐腐蝕，生物相容性好和穩定性高的特點。同時，采用氮摻雜、碳納米管負載、導電聚合物修飾等方法改變不銹鋼材料特性的研究多有報道。然而，由于采用傳統碳基材料和改性修飾不銹鋼電極都存在經濟可行性較差等缺陷，導致它們難以應用于實際大規模的難降解廢水預處理當中，而且還存在生物持留性低、處理效能差等不足的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種改進的能夠提高難降解廢水可生化性的具有弧形結構的生物電化學電極，其能夠解決上述現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

本發明同時還提供了一種包括上述具有弧形結構的生物電化學電極的處理難降解廢水的生物電化學裝置，且其中的陽極、陰極分別沿豎直方向延伸。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種具有弧形結構的生物電化學電極，其包括相對設置的陽極和陰極，所述陽極、所述陰極分別形成有至少一個弧型子電極；且所述陽極、所述陰極中，各自的所述弧型子電極的圓心角角度獨立地為60°-180°。

根據本發明的一些優選方面，各自的所述弧型子電極的圓心角角度獨立地為120°-180°。

本發明中，各自的所述弧型子電極的圓心角角度若小于60°，對于生物持留性改善不明顯，同時生物相容性不佳，且難以較好地促進電化學活性細菌生物膜的形成；各自的所述弧型子電極的圓心角角度若大于180°，會造成死亡菌種以及雜質菌、懸浮顆粒等堆積，阻礙電化學活性菌的富集，且會嚴重降低電子傳遞速率。

根據本發明的一些優選方面，所述陽極、所述陰極分別形成有至少兩個弧型子電極，且所述陽極、所述陰極中，各自的兩兩相鄰的所述弧型子電極之間形成有直線電極，該直線電極可以避免相鄰的弧型子電極之間產生干擾，同時還可以給后期固定陽極和陰極預留位置。

根據本發明的一些優選方面，所述陽極與所述陰極相互平行。

根據本發明的一些優選方面，所述陽極與所述陰極之間的距離為0.001-3mm。