[发明专利]提高微生物燃料电池处理聚醚废水产电量的方法

权利要求书

1.一种提高微生物燃料电池处理聚醚废水产电量的方法，其特征在于:用聚吡咯和蒽醌-2,6-二磺酸钠对碳毡进行包埋。

先将碳毡放在热反应炉中，以氨气为气体介质，在温度为600℃、时间为30s的条件下反应，以增加碳毡比表面积；

然后利用常规的电聚合-掺杂技术，采用三电极隔膜式H型电解槽，将表面积为3.0×3.0cm²的碳毡作为工作电极，在三电极隔膜式H型电解槽的工作电极室内加入100mL浓度为0.029mol/L的蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)和20mL浓度为0.12mol/L的聚吡咯(ppy)后混合均匀；

三电极隔膜式H型电解槽内的辅助电极室内的辅助电极为铂片，铂片表面积为1.0×1.0cm²，将辅助电极室通过阳离子交换膜与工作电极室相连；

在辅助电极室内填充120mL，浓度为0.1mol/L的H₂SO₄；三电极隔膜式H型电解槽内的参比电极采用饱和甘汞电极，用二次去离子水配制3mol/L，温度为20℃的KCl饱和溶液120mL，参比电极通过盐桥与工作电极室连接；

使用恒电位/恒电流仪控制三电极隔膜式H型电解槽的工作电流密度为1.83～1.86mA/cm²，制备温度为10.0～10.2℃，聚合时间为3600～3800s；

在工作电极表面形成一层聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠薄层，制得一个碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和一个碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极，将一个碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和一个碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极这两个电极保存在充有高纯氮的蒸馏水中；

所述的微生物燃料电池的结构，采用双池式结构，具有体积相等的阳极室(3)和阴极室(4)；阳极室(3)和阴极室(4)之间用质子交换膜(7)相隔开；质子交换膜(7)的顶端和底端通过硅胶垫圈和垫片(2)密封，阳极室(3)和阴极室(4)底部固定连接一块垫板(8)；阳极室(3)中具有聚醚废水，底物在微生物作用下被氧化，阴极室(4)中是甲基橙废水；阳极室(3)和阴极室(4)的顶部均连接一个电极插孔(1)；将上述制得的碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极(5)通过阳极室(3)顶部的电极插孔(1)插入阳极室(3)中，将上述制得的碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极(6)通过阴极室(4)顶部的电极插孔(1)插入阴极室(4)中；将碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极(6)和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极(5)接入外电路。

2.一种采用如权利要求1所述的提高微生物燃料电池处理聚醚废水产电量的方法，其特征在于：用聚吡咯和蒽醌-2,6-二磺酸钠对碳毡进行包埋。具有如下步骤；

①利用常规电聚合-掺杂技术，在工作电极、参比电极和辅助电极三电极隔膜式H型电解槽内完成聚合，将已经过比表面积增加处理之后的碳毡作为工作电极，工作电极室内填充100mL浓度为0.029mol/L的蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)和20mL浓度为0.12mol/L的聚吡咯(ppy)的混合液，使用恒电位/恒电流仪控制工作电流密度为1.85mA/cm²、制备温度为10℃、聚合时间为3800s，在工作电极表面形成一层聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠薄层，制得碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极；

②将制得的碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极(5)和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极(6)同时接入外电路，并分别插入微生物燃料电池的阳极室(3)和阴极室(4)中，阳极室(3)和阴极室(4)体积相等且其间以质子交换膜(7)相隔；

③将整个微生物燃料电池在无菌净化操作台用紫外灯照射30min，吹风约15min将紫外照射后产生的臭氧吹出，组装完成图1所示的微生物燃料电池的结构；

④然后启动该微生物燃料电池，待运行至输出电压达到稳定，在阳极室(3)中加入COD为5000mg/L的聚醚废水，在阴极室(4)中加入20mg/L、pH＝3.0的甲基橙溶液，温度控制在30±1℃左右；

⑤将微生物燃料电池接入负载电阻，由连接计算机的16通道信号采集器连续自动采集输出电压并存储，每隔1min记录1次，，外电路接入10000Ω的电阻，在装置启动后的0到70小时内电压不断增大，微生物燃料电池的产电量不断增大，在70小时后电压稳定在600mV，在120小时后取阳极中的聚醚废水测量其COD，其COD降为500mg/L，其COD去除率为90％；而用肉眼观测到阴极中的甲基橙染料，发现甲基橙燃料基本变为透明，说明微生物燃料电池对甲基橙的降解很彻底；

以下提供1个比较例，具体步骤如下；

微生物燃料电池，阴、阳两室的体积都为1L，阳极室(3)中加入COD为1500mg/L的聚醚废水，阴极室(4)中加入20mg/L甲基橙溶液，并调节阴极室(4)的溶液pH至3.0，外电路均接10000Ω电阻，启动微生物燃料电池；在阳极室(3)的聚醚废水氧化过程中，按时间先后分次吸取3ml底物，采用紫外分光光度计法确定聚醚废水COD的残余浓度，绘制出如附图3所示的时间和聚醚废水COD去除率的变化的曲线图；由图3可知，阴、阳电极均采用碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠材料的微生物燃料电池阳极室中的聚醚废水降解效率较高。