[发明专利]微藻产生细胞活电电池及在清理水中的重金属污染物上的应用

说明书

本发明的技术方案提供微藻产生细胞活电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由阳离子交换膜隔开，阳极池、阴极池内部分别固定有电极，并且由电线连接，所述的阳极池内设置有藻类生物，阴极池内设置有污水，在光照条件下，阳极的藻类生物产生细胞活电清理水中的重金属污染物。本发明利用生物细胞活电降低重金属离子进入稳定的固体形式，使电极易收藏。作为生物细胞活电是提高重金属如铅，砷，镉，铬，汞电解回收的关键。由藻类产生的电子将通过外部电路到达脏水箱。在电极的电子电离的邻近的分子如水和氧气，同时攻击正面的重金属离子靠近位置允许不同的化学反应发生，对重金属离子如减少，固体金属氧化物形成。

技术领域

本发明涉及一种活电电池，具体为微藻产生的活电电池，并将该活电电池应用于除去污水中的重金属，属于电化学技术领域。

背景技术

生物质能(biomass energy)，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源，非常有望成为石化资源的替代品。在众多的生物质能源中，微藻被称为第三代生物能源，具有周期短、产率高、性状稳定、环境适应能力强等优点。微藻利用光能和CO₂合成有机物，是一种兼顾固碳和储存太阳能的优良生物载体。利用微藻能源，在产生巨大的能量同时，还能消耗二氧化碳，解决气候问题。因此，微藻能源被认为是一种极具开发前途的能源，微藻能源化产业化近年来也成为国内外生物能源和碳减排领域的研究热点。

微藻发电技术，尤其是利用微生物燃料电池原理，实现微藻直接发电，正受到越来越多研究人员的青睐。以微藻为核心的微藻光合微生物燃料电池(Photosyntheticalgalmicrobial fuel cell,PAMFC)就是通过微藻进行光合作用固定太阳能为生物质能，微藻再通过燃料电池将生物质能转化为电能，完成能量转化过程。目前对于PAMFC的研究尚处于实验室阶段，主要存在反应器内阻大，材料成本高，输出功率低等问题。

公开号为CN107473416A的一种微藻养殖液中重金属离子脱除的方法中，报到了相关步骤，具体是将收集微藻后的养殖液先在沉淀池中沉淀，以去除不溶于养殖液中的杂质，将近沉淀后的养殖液过滤后，将滤液泵入装有吸附剂的吸附池，将经吸附剂吸附后的养殖液过滤，滤液经检测，调整后重复利用，有益效果在于将水处理材料及食品工业中的滤材等进行有机结合，应用到微藻养殖业中，从而达到脱除养殖液中重金属离子，使养殖液能够重复利用，以节约成本。专利CN200910220037公开了一种基于光合作用产电的绿藻生物燃料电池，是一种间接法绿藻光解水产氢体系，而微藻产氢会受到氢气的反抑制作用以及金属电极的高成本、易中毒的限制。

综上所述，通过微生物燃料电池技术利用微藻直接发电是一种新型绿色能源技术，具有较高的研究价值，虽然在微藻生物燃料电池反应器设计和材料上已有很多研究，但仍然存在输出功率低，成本高等问题。

在最新专利(ZL 2015 10095057.9)中，微生物燃料电池条件下的藻类可以释放将阳极室电极收集的电子(在阳极处)并且经由外部电线穿过到阴极电极。当电子到达阴极时，它将被阴极中的电子受体(还原)所接受。当电子通过外部电线时，会产生电流并可以用万用表测量。

目前，以微藻直接产生物电方式的净化水溶液中的重金属离子的研究报道还比较少。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种微藻产生细胞活电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由阳离子交换膜(氢离子交换膜)隔开，阳极和阴极分别固定在阳极池、阴极池内部，并且由电线连接，阳极池内设置有藻类生物，阴极池内设置有污水，在光照条件下，阳极的藻类生物产生细胞活电清理水中的重金属污染物。

本发明的另一技术方案是在上述技术方案的基础上，将阳极池与阴极池之间经外部电线连接，所述的阳极池由藻类及碳酸氢盐缓冲液组成，藻类置于用阳离子交换膜分离的两室罐中的一个室中，并与碳酸氢盐缓冲液间隔。