[发明专利]光/生物电化学集成模块水体净化系统装置及其应用

权利要求书

1.光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：由光催化系统装置和生物电化学处理单元组成，所述光催化系统装置包括太阳光伏电池（1），所述生物电化学处理单元包括至少一组由生物阳极（4）、复合阴极（6）和附加阴极（5）组成的电路，其中复合阴极（6）和附加阴极（5）并联，所述生物阳极为碳材料，复合阴极以碳材料为基材，原位合成纤维素炭气凝胶改性，经共沉淀负载铁基氧化物，附加阴极上负载石墨烯、铁氧化物或二硫化钼为催化剂。

2.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述光催化系统装置中所需光源包括太阳光、紫外光或人工可见光。

3.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述太阳光伏电池外加低电压范围为0.2 V-0.8 V。

4.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述生物电化学处理单元中的生物阳极、复合阴极与附加阴极电极的材料包括石墨棒、碳毡或碳刷。

5.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述复合阴极的制备步骤为：（1）将木材或竹材原料分散于质量分数为10%的氢氧化钠溶液中，在60-90 ℃下搅拌2-4 h后过滤；将过滤后的样品加入到pH为4-5浓度为1 mol/L的亚氯酸钠溶液中，在60-90 ℃下搅拌2-4 h后，用蒸馏水洗涤至中性，得到纤维素悬浮液；（2）将纤维素悬浮液经100 Hz超声处理得到分散性良好的微/纳米纤维素悬浮液，并将碳材料置于微/纳米纤维素悬浮液中，其中碳材料与微/纳米纤维素悬浮液的质量比为1:（1-10）；（3）将上步制得的含有碳材料的纤维素悬浮液静置于40-80 ℃下2-10 h，得到含有碳材料的纤维素水凝胶；（4）通过冷冻干燥将含有碳材料的纤维素水凝胶在-40至-80 ℃下干燥24-36 h形成纤维素气凝胶；（5）将含有碳材料的纤维素气凝胶在惰性气体保护下，700-1000 ℃碳化2 h，最终在碳材料上原位制备出具有导电性的纤维素炭气凝胶，记为阴极电极材料1；（6）利用共沉淀法或浸渍法在阴极电极材料1上原位合成铁基氧化物，最终制得复合阴极。

6.根据权利要求5所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述铁基氧化物为Fe₃O₄或Fe-Mn二元氧化物。

7.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述附加阴极的制备方法为涂布法、浸渍法或原位合成法。

8.根据权利要求1所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置，其特征在于：所述复合阴极与附加阴极之间的间距为0.5-2 cm，生物阳极与附加阴极之间的间距为2-10 cm。

9.权利要求1-8任一所述光/生物电化学集成模块水体净化系统装置在水体中痕量有机污染物处理中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于所述痕量有机污染物为苯环结构的有机污染物，所述苯环结构的有机污染物为芘、二氯联苯或四溴双酚A。