[发明专利]一种活性炭复合阴极的制备及耦合微生物燃料电池系统用于工业有机酸废水处理

权利要求书

1.一种活性炭复合阴极的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将活性碳颗粒在0.05mol/L的高锰酸钾溶液中浸泡3h以上，取出后用去离子水冲洗3～5遍，在100℃下干燥4h；

(2)将步骤(1)得到的处理后的活性碳颗粒在350℃下煅烧3h，升温速率5℃/min，期间持续隔氧通入氮气，制得MnO₂@GAC；

(3)将三聚氰胺在550℃下煅烧4h，升温速率5℃/min，得到淡黄色固体，将其研磨，筛分后，均匀混合在18.5wt.％的盐酸溶液中，超声分散均匀；然后用去离子水离心洗涤至溶液Ph＝7，烘干后得到g-C₃N₄备用；

(4)将乙醇、纯水、浓盐酸、钛酸丁酯、g-C₃N₄按1700mL：30mL：1mL：100mL：1.85g的比例混合均匀，静置48h；

(5)将步骤(2)制得的MnO₂@GAC加入到步骤(4)的混合溶液中，搅拌后在60～80℃下干燥4～6h；将烘干后的固体置于管式炉中，400℃煅烧2～3h，升温速率5℃/min，期间持续通入氮气，得到MnO₂/TiO₂/g-C₃N₄@GAC备用。

2.一种采用权利要求1制备的活性炭复合阴极构建耦合微生物燃料电池系统，其特征在于，微生物燃料电池为左右结构，阳极室和阴极室之间采用质子交换膜分隔；微生物燃料电池的阳极室内填充负载了产电微生物的活性碳颗粒，填充率为85％～95％，碳棒1做阳极，一端连接导线后外引；饱和甘汞电极作参比电极，与碳棒1平行插入阳极室，碳棒1和饱和甘汞电极分别外接入数据采集系统，实时连续监测阳极产电情况；微生物燃料电池的阴极室填充步骤(5)中MnO₂/TiO₂/g-C₃N₄@GAC，底部安装曝气头并控制曝气量，用碳棒2将阳极产生的电子导入阴极室，并外接导线，与碳棒1和外电阻串联，阻值10～2000Ω，碳棒2同样接入数据采集系统；高浓度有机酸废水经进水流量调节装置连续进入阳极室底部，并从阳极室上部经溢流装置进入阴极室底部，最终经处理后的出水从阴极室上部溢流装置流出。

3.一种采用权利要求2所述的活性炭复合阴极构建耦合微生物燃料电池系统的应用，其特征在于，工业有机酸废水进入反应器前，将pH调至5～6，在反应器运行前期，通过稀释的工业有机酸废水对反应器阳极室微生物进行驯化，当系统产电和出水水质达到稳定后，逐步提高进水浓度；运行模式为连续运行，水力停留时间为8-12h。