[发明专利]化学阴极微生物燃料电池浸出钴酸锂中Co(III)的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池，具体地说是一种化学阴极微生物燃料电池浸出钴酸锂中Co(III)。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)是以微生物为催化剂，将环境中污染物转化为电能的技术。这种兼具环境污染治理与废物能源化利用的革新技术已被应用于多种污染物如各种工业废水和生活废水、垃圾渗滤液、氯代有机物等的降解研究，显示出较好的应用前景。

钴是生产锂离子电池的重要稀有金属，在电池中含量达15-20％。随着锂离子电池的大量生产和广泛使用，其带来的环境问题也日益严重。另一方面，我国是锂离子电池最大消费、生产和出口国，占全球份额1/3以上，对钴的需求也最为迫切。清洁、高效地回收废旧锂离子电池中极有价值的钴金属，不仅有效解决电池污染，而且资源化利用废弃物，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。

钴在锂离子电池中以钴酸锂(LiCoO₂)存在，传统浸出Co(III)方法包括物理法和化学法，具有能耗高、成本高、副产物多、效能低等缺点，且回收过程中产生的废水、废渣难以处理。生物淋滤是近年兴起的新工艺，具有成本低、操作方便、耗酸量少等优点，但存在效能低、周期长、耐酸微生物种类少等缺点。特别是，生物淋滤法的浸出液分离困难，过程中还需要外加大量还原性物质如硫磺和亚铁离子。

目前，越来越多的研究关注Co(III)的浸出，但缺乏简便、高效、清洁的短流程技术浸出钴酸锂中Co(III)。

发明内容

本发明提供了一种清洁、高效的浸出钴酸锂中Co(III)的化学阴极微生物燃料电池。

本发明采用的技术方案如下：

一种化学阴极微生物燃料电池浸出钴酸锂中Co(III)的方法。

在微生物燃料电池的阳极室，装有电化学活性微生物以及阳极液，在微生物燃料电池的阴极室，装有阴极液和钴酸锂颗粒。

所述阳极室接种污水处理厂澄清池污泥作为电化学活性微生物。

所述澄清池污泥的pH：6.8-7.0；电导率：0.80-0.93mS/cm；悬浮性固形物：30-35g/L；化学需氧量(COD)：150-300mg/L。

阳极液成分为：12.0mM乙酸钠；5.8mM NH₄Cl；1.7mM KCl；17.8mMNaH₂PO₄·H₂O；32.3mM Na₂HPO₄；矿质元素：12.5mL/L(组成为MgSO₄：3.0g/L；MnSO₄·H₂O：0.5g/L；NaCl：1.0g/L；FeSO₄·7H₂O：0.1g/L；CaCl₂·2H₂O：0.1g/L；CoCl₂·6H₂O：0.1g/L；ZnCl₂：0.13g/L；CuSO₄·5H₂O：0.01g/L；KAl(SO₄)₂·12H₂O：0.01g/L；H₃BO₃：0.01g/L；Na₂MoO₄：0.025g/L；NiCl₂·6H₂O：0.024g/L；Na₂WO₄·2H₂O：0.024g/L)；维生素：12.5mL/L(组成为维生素B₁：5.0g/L；维生素B₂：5.0g/L；维生素B₃：5.0g/L；维生素B₅：5.0g/L；维生素B₆：10.0g/L；维生素B₁₁：2.0g/L；维生素H：2.0g/L；对氨基苯甲酸：5.0g/L；硫辛酸：5.0g/L；氨基三乙酸：1.5g/L)。

阴极液为无机酸溶液，阴极和阳极电极均为石墨材料，钴酸锂颗粒附着在阴极石墨材料表面。

本发明的微生物燃料电池的阳极室和阴极室在启动和运行过程中需保持无氧环境，可通过通入氮气以保证厌氧环境。