[发明专利]耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池

权利要求书

1.耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于包括阳极电化学活性菌除碳系统、阴极厌氧氨氧化菌脱氮系统、外电路及数据在线采集系统、厌氧密闭采样系统、气压稳定系统、磁力搅拌系统；其中，阳极电化学活性菌除碳系统中各部件的结构关系为：在阳极室（8）左侧装第一配亚克力隔板（3），在中间加入第一硅胶垫片（4）并使用螺钉铆紧进行密封，阳极室右侧内部嵌入阳极电极碳毡（14），碳毡内部插入一根钛丝（10），并引出至阳极室外以供外电路连线，阳极室内部填充满电化学活性菌和阳极电解液（19）；阴极厌氧氨氧化菌脱氮系统中各部件的结构关系为：在阴极室（18）右侧装配另第二亚克力隔板，在中间加入第二硅胶垫片并使用螺钉铆紧进行密封，阴极室左侧内部嵌入阴极电极碳布（16），碳布右侧涂上一层铂碳催化层（17），并在旁边紧密贴合另一根钛丝，并引出至阴极室外以供外电路连线，阴极室内部填充满厌氧氨氧化菌和阴极电解液（19）；外电路及数据在线采集系统中各部件的结构关系为：将阳极电化学活性菌除碳系统和阴极厌氧氨氧化菌脱氮系统进行拼合，中间夹入质子交换膜（15），质子交换膜（15）的两侧均设有硅胶垫片，使用螺钉铆紧进行密封构成一个耦合整体，随后使用铜制导线（13）连接至两根所述钛丝，并联接入电阻箱（11），再连至数据采集器（12）进行数据采集，全周期不间断运行；所述厌氧密闭采样系统中各部件的结构关系为：在阳极室（8）左侧、阴极室（18）右侧分别打孔并插入亚克力管（6），使用亚克力胶粘牢后各自连接一个医用三通阀（2），并接入一次性注射器（1）；所述气压稳定系统中各部件的结构关系为：在阳极室（8）、阴极室（18）顶部分别打孔并插入亚克力管，使用亚克力胶粘牢后各自连接一个医用三通阀，并接入蓝玻璃注射器（5）；磁力搅拌系统中各部件的结构关系为：在阳极室（8）、阴极室（18）内部均加入磁力搅拌子（7），底部放置磁力搅拌器（9）。

2.根据权利要求1所述的耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于阳极室和阴极室构型大小完全相同，有效容积约28 mL，进样口和取样口位于于两极室侧边，通过医用三通阀保证取样过程中双室的环境严格厌氧，通过一次性注射器取样。

3.根据权利要求1所述的耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于所述气压稳定系统，采用阻力最小的蓝玻璃注射器收集产生的气体，主要包括阳极可能产生的CO₂和阴极产生的N₂，通过医用三通阀保证换气过程中双室的严格厌氧。

4.根据权利要求1所述的耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于阴、阳极室均使用磁力搅拌系统，使其电解液混合更为充分，磁力搅拌器全周期不间断运行，控制转速为200 r/min。

5.根据权利要求1所述的耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于阳极使用碳毡作为电极，阴极使用碳布作为电极，碳毡和碳布均为直径3.0 ± 0.1 cm的圆形，碳毡厚度为0.50 ±0.05 cm；碳毡和碳布在使用前均经过预处理，其预处理方式均为先后在50.0 ± 0.5°C恒温水浴下先后浸泡于30%（质量分数）H₂O₂、超纯水、0.5 mol/L硫酸、超纯水各1小时；随后，阴极碳布上涂抹10%（质量分数）铂碳催化层0.50 ± 0.02 mg Pt/cm²。

6.根据权利要求1所述的一种耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，其特征在于阳极电解液为所含碳源0.010 ± 0.001 mol/L乙酸钠的缓冲溶液，其初始pH为8.0 ± 0.2,；阴极电解液为所含氮源400 ± 8 mg/L硫酸铵和528 ± 11 mg/L亚硝酸钠的高氮负荷培养液，其初始pH为7.0 ± 0.5。