[发明专利]一种微生物电解池阳极用电极棒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于微生物电解池的阳极用电极棒以及制备方法，所述电极棒是在通常的电极外包裹一层由金属粉、水泥、细沙混合制成的防腐层，构成阳极用电极棒。所述电极棒在保证导电性能的前提下，将电极与空气或溶液中的氧气隔绝，减缓了其腐蚀速度，同时水泥成分的存在增加了电极的强度，使得电极具有更好的机械性能，从而延长了微生物电解池中电极的使用寿命。

技术领域

本发明涉及废水处理及微生物电解池技术领域，具体涉及一种微生物电解池阳极使用的电极棒以及制备方法。

背景技术

微生物电解池（microbial electrolysis cell，MEC）是在电化学、微生物学、过程工艺学等学科交叉与综合的基础上所构建的体系。MEC的基本原理为：在阳极室，微生物作为催化剂发生生物催化反应，微生物氧化阳极室内基质中的某些组分（如乙酸盐、葡萄糖等），生成二氧化碳、质子、电子，产生的电子传递到阳极表面，随后通过外电路传递到阴极表面，质子则通过扩散方式到达阴极室；在阴极室，扩散到阴极表面的质子和电子结合生成氢气、甲烷等产物。MEC因其在原理上所展现出从废水中高效回收生物能源的巨大潜力而成为环境前沿领域新技术之一，目前MEC不仅对生活污水、工业废水及难降解有机废水有良好的处理效果，同时可回收H₂、CH₄、H₂O₂、甲酸等资源。

微生物电解池的阳极作为生物膜的主要形成场所，对微生物的附着、生长及电子转移等的影响尤其明显，目前公开的技术中多采用铁阳极-微生物电解池系统用于废水处理和能源回收。但该铁阳极-微生物电解池在实际应用中容易发生铁电极的腐蚀现象，且随着时间的累积，铁电极腐蚀现象愈加严重，最后造成电极板结，导电能力严重下降，从而大大降低了铁电极的使用寿命，限制了铁阳极-微生物电解系统在实际废水处理中的推广应用。为了缓解铁电极腐蚀板结问题，一些研究者采用在铁电极中掺入其他金属材料（形成合金材料）或将其置于厌氧环境中等缓解措施，尽管以上方法都在一定程度上减缓了铁电极的腐蚀速度，但由于其成本高及运行环境要求苛刻等原因在一定程度上限制了其在微生物电解池中的应用。

发明内容

本发明提供了一种适用于微生物电解池的阳极用电极棒，具体的方案是在通常的电极外包裹一层由金属粉、水泥、细沙混合制成的防腐层，构成阳极用电极棒。所述电极棒在保证导电性能的前提下，将电极与空气或溶液中的氧气隔绝，减缓了其腐蚀速度，同时水泥成分的存在增加了电极的强度，使得电极具有更好的机械性能，从而延长了微生物电解池中电极的使用寿命。

所述电极的材料可以是任何适用于做微生物电解池阳极的金属，防腐层中的金属粉优选采用与所述电极材料相同金属属性的金属制备，也可以采用不同金属属性的金属制备。金属粉的掺入量以不过分降低防腐层强度为宜，金属粉的颗粒尺寸小于细沙颗粒尺寸。本发明给出的防腐层材料成分优选的比例是：水泥、细沙、金属粉体积比为3-5 : 1 : 1-3。为防止电解池溶液从电极棒引出电极线的端部渗入，还可以在此端部覆盖一层树脂加以阻挡。

此外，本发明还提供了所述微生物电解池阳极用电极棒的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）水泥、细沙、金属粉按体积比为3-5 : 1 : 1-3的比例混合，配制成防腐浆液；其中的水泥可以采用通常的建设用水泥。（2）将电极线呈螺旋状缠绕在金属棒上得到金属电极体。（3）将金属电极体悬置于内部尺寸大于金属电极尺寸且一端开口的内空模具中，从模具开口端浇筑上述防腐浆液至完全包裹金属电极，待固化完成后移除模具得到阳极用防腐电极棒。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明实施例中防腐铁电极与普通铁电极的Tafel曲线对比图。

图3是本发明实施例中防腐铁电极与普通铁电极使用测试结果图。

附图中：1.电极线；2.金属棒；3.防腐层。

具体实施方式