[发明专利]空气阴极微生物燃料电池处理餐厨垃圾回收电能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微生物燃料电池处理餐厨垃圾，回收能源的方法。

背景技术

我国每年餐厨垃圾的产量超过6000万吨，北京、上海等城市日产食物垃圾超过1000吨。目前，食物垃圾主要是送至垃圾填埋场处理，然而垃圾填埋场处理占地面积较大，处理效果差，且填埋场容易产生高浓度的渗滤液污染土壤与水体，造成严重的二次污染。另外，填埋场极易产生甲烷、二氧化碳等温室气体，影响全球气候环境。此外，处理过程中产生的恶臭，又会影响人们的生活环境。传统的垃圾填埋场处理，成本高，效果较差，据统计，美国每年在处理食物垃圾上投资超过250亿美元，同样，在我国也存在着食物垃圾难处理，处理成本高等问题。

由于餐厨垃圾具有可生化降解程度高、产量大等特点，是一种极具开发潜力的新能源。当今人类面临着能源日益短缺、能源价格增高、能源利用效率较低、能源开发利用与环境保护的矛盾突出等诸多问题。故亟需寻找一种经济高效处理餐厨垃圾，同时可以有效回收其中潜在能源的新方法。近年来，微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）的兴起，已有研究以葡萄糖、乙酸、生活污水、污泥等为底物的MFC反应器可在处理底物的同时产生较稳定的电能。

发明内容

本发明目的是为了解决现有餐厨垃圾的处理方法能源利用率低，易引发二次污染的问题，而提供空气阴极微生物燃料电池处理餐厨垃圾回收电能的方法。

本发明空气阴极微生物燃料电池处理餐厨垃圾回收电能的方法按下列步骤实现：

一、将碳粉与体积浓度为35%～45%的PTFE（聚四氟乙烯）震荡混匀，涂抹于碳布一侧，在室温下干燥10～15min后置于马弗炉内，在350～400℃下加热处理15～30min，取出在室温下冷却10～15min，得到处理后的碳布；

二、往处理后的碳布涂有PTFE的一侧再涂抹上体积浓度为55%～65%的PTFE，室温下冷却10～15min后再置于马弗炉内，在350～400℃下加热处理15～30min，取出在室温下冷却10～15min；

三、重复步骤二的过程3～5次，得到碳布阴极，然后在碳布阴极上涂抹铂碳催化剂，得到载铂的碳布阴极；

四、将碳纤维均匀捆扎在钛丝周围，碳纤维沿钛丝横截面的径向分布，形成长径比为（1～1.5）:1的圆柱形碳刷阳极；

五、把步骤四得到的碳刷阳极固定到电池反应器一侧，捆扎有碳纤维的碳刷阳极作为主体部分位于电池反应器中部，在电池反应器另一侧固定步骤三得到的载铂的碳布阴极，载铂侧对电池反应器内，非载铂侧对大气，形成空气阴极，碳刷阳极的前端距离碳布阴极0.8～1.5cm，然后用导线将碳刷阳极、500～2000Ω电阻和空气阴极连接，再用防水胶将电池反应器密封，完成单室空气阴极微生物燃料电池反应器的组装；

六、收集餐厨垃圾中的食物渗滤液，使用搅碎机将食物渗滤液中的有机颗粒物绞碎，去除食物渗滤液表面上的浮油，然后保存在-4℃的冰箱内待用，得到预处理后的食物渗滤液；

七、按每升去离子水中加入质量浓度为10～13g/L的Na₂HPO₄·12H₂O，2.5～3.5g/L的NaH₂PO₄·2H₂O，0.2～0.4g/L的NH₄Cl和0.1～0.2g/L的KCl，配制PBS缓冲液，用PBS缓冲液稀释预处理后的食物渗滤液10～20倍，得到稀释的食物渗滤液；

八、用1mol/L HCl和1mol/L NaOH溶液调节稀释的食物渗滤液的pH至中性，得到反应器进水；

九、在室温下，反应器进水注入单室空气阴极微生物燃料电池反应器，控制进水COD为2500～4500mg/L，监测电阻两端的电压降至40～70mV时，重新注入反应器进水，完成空气阴极微生物燃料电池处理餐厨垃圾；

其中步骤三中的铂碳催化剂是由铂碳粉末、去离子水、Nafion和异丙醇制成。