[实用新型]一种多效光合微生物燃料电池有效

专利信息
申请号: 201521069407.6 申请日: 2015-12-18
公开(公告)号: CN205388992U 公开(公告)日: 2016-07-20
发明(设计)人: 王冰;陈伟艳;郭仕鹏 申请(专利权)人: 王冰
主分类号: H01M8/16 分类号: H01M8/16;H01M4/86;H01M4/88;C02F3/34
代理公司: 天津盛理知识产权代理有限公司 12209 代理人: 刘玲
地址: 116047 辽宁*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 光合 微生物 燃料电池
【说明书】:

技术领域

本实用新型涉及一种微生物脱盐燃料电池技术领域,特别是一种多效光合微生物 燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池(Microbialfuelcell,MFC)是以微生物氧化有机物并产生电流的 装置,其最大的优势是在处理废水的同时可以同步获取电能,从而降低废水处理的运 行成本。如专利高效率微生物燃料电池(申请号:201180024710.2),采用胞外产电 细菌(细菌)为阳极,阴极与空气接触。

虽然在过去的几年中,MFC的功率密度已从最初的11Wm-3增加到4000Wm-3, 但因其输出功率低,回收电能难以再利用的缺点限制了其在实际中的应用。专利一种 利用微生物燃料电池驱动电容去离子的脱盐技术(申请号:201310467063.3)通过耦 合电容去离子(CDI)对电能进行了利用,即MFC阳极室中附着电极生长的产电细 菌利用废水中有机物产生电能,通过外电路将阳极和阴极两个电极连接至CDI装置 的活性炭电极实现脱盐。但是上述方法并没有提高MFC的效率,同时外接电容装置 致使结构复杂,也限制了其实际生产中的应用。

微生物脱盐燃料电池(microbialdesalinationcell,MDC)是一项以微生物燃料电 池(MFC)为基础的新型除盐技术,MDC是在MFC的阳极室和阴极室间加上阳离子 交换膜(CEM)和阴离子交换膜(AEM),形成一个中间脱盐室,在无需任何外加压 力和电场的作用下,依靠生物电化学系统阴阳极间的电场推动脱盐室盐溶液离子的去 除,同步降低了阴阳极间的内阻,从而提高了MFC的输出功率。虽然阳极室溶液电 导率的升高会一定程度上提高脱盐效率和产能,但脱盐室的阴阳离子分别进入阳极室 及阴极室,并没有实现真正意义上盐离子的脱除。

MDC面临的另一问题是阴阳极室pH失衡,随着阳极室阴离子的累积和pH的 降低,极大地限制了微生物的产电能力,进而影响脱盐效率,同时影响产电菌的活性。 专利一种微生物电容脱盐燃料电池技术(申请号:201410824619.4)对MDC进行了 改进,采用在微生物脱盐燃料电池中加入两张阳离子交换膜代替现有技术的一张阴离 子交换膜和一张阳离子交换膜相结合的方法,并将以活性炭布作为电极的电容去离子 单元耦合进来分隔阳极室和阴极室,使得质子可以透过阳离子交换膜和活性炭布在阳 极室、脱盐室、阴极室三室间自由转移,达到稳定各室pH的效果。当电极的吸附容 量达到饱和时,让电极短路或者施加反向电场,被吸附的离子重新回到水中形成浓水 排走,同时电极得到再生。这种方法虽然可以克服MDC的pH不均衡、不能实现原 位连续处理等缺点,但由于两电容极板的距离限制,导致脱盐室的体积受到限制,降 低了盐溶液的处理量,同时脱盐速率低,盐脱除率较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种多效光合微生物燃料电 池,以及实现该光合微生物燃料电池的方法。即在脱盐室中添加电容组,阴阳极板交 叉错落放置,通过电容极板数量的增减及距离上的调整匹配脱盐室的空间体积,提高 脱盐速率;将阴极耦合微藻光生物反应器,利用微藻在进行光合作用释放出氧气代替 传统的空气阴极,同时对于氮磷的去除具有良好的效果。

本实用新型决其技术问题是通过以下技术方案实现的:

一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:包括阴极室、阳极室、脱盐室和槽 体,所述阴极室、阳极室及脱盐室均设置于槽体内,相互之间通过阳极膜进行间隔, 所述脱盐室位于阴极室与阳极室之间;所述阳极室内部添加胞外产电细菌,并在其中 插入阳极电极;所述阴极室内部添加微藻并插入涂有催化剂涂层的阴极电极;所述脱 盐室中设置一组由电容极板构成的电容组,所述电容极板分为正电容极板和负容电容 极板,正电容极板与负电容极板穿插放置,相邻的两电容极板间放置绝缘层,负电容 极板与所述阳极电极连接,正电容极板与所述阴极电极连接;所述阴极室中产生O2, 阳极室中产生CO2、电子和质子,所述质子穿过所述阳极膜到达所述阴极室,在催化剂 的作用下,与微藻光合作用释放的O2发生电化学作用形成稳定氧化物;

反应化学式包括:

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