專利名稱：能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)水處理領(lǐng)域/應(yīng)用化學(xué)/新能源領(lǐng)域，具體涉及一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池技術(shù)能夠?qū)⑽鬯杏袡C(jī)物所含的能量轉(zhuǎn)換成電能收集起來。但目前微生物燃料電池技術(shù)在依靠陽極產(chǎn)電微生物處理污水的同時(shí)，陰極往往是將氧氣還原成水，總的反應(yīng)是有機(jī)物被氧氣氧化成了水和二氧化碳。隨著能源危機(jī)及清潔能源的需求增加，氫氣作為一種高熱值的清潔能源物質(zhì)而備受人們關(guān)注，它的各種制備技術(shù)如太陽能光解水法、微生物發(fā)酵法、生物質(zhì)超臨界氣化、石油裂解等也引起了人們的注意。但從污水中提取氫能的技術(shù)卻很少報(bào)道，由于污水中有機(jī)物在陽極被氧化的電位顯示一定的負(fù)值，而在同樣條件下陰極析出氫氣的電位也偏負(fù)，該反應(yīng)不能自發(fā)發(fā)生，要想提取出污水中有機(jī)物質(zhì)中的氫氣需要施加額外的能量。因此有人將污水中的能量通過微生物電解池技術(shù)以氫氣的形式提取出來，微生物電解池需要額外施加電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、能夠方便、高效的同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括電解池以及設(shè)置在電解池內(nèi)將電解池分為陽極室和陰極室的雙極膜，雙極膜由陰離子交換膜和陽離子交換膜復(fù)合而成， 其中陽離子交換膜位于陰極室，而陰離子交換膜位于陽極室，在陽極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)置有陽極和陰極，陽極與陰極通過導(dǎo)線與電阻相連接，陽極由產(chǎn)電微生物及陽極基底組成， 陰極采用電化學(xué)惰性的金屬鈦、鉬或碳材料制成，所述的陽極室內(nèi)盛放有含有機(jī)污染物的污水，陰極室內(nèi)盛放有強(qiáng)酸溶液。所述的產(chǎn)電微生物由厭氧顆粒污泥馴化得到，陽極基底為炭氈、炭布、炭紙、玻璃碳、炭黑或石墨。所述的含有機(jī)污染物的污水為含羧酸鹽、葡萄糖、淀粉、蛋白質(zhì)或氨氮的可生化降解有機(jī)物的廢水。所述的碳材料為石墨、玻璃碳、炭黑、碳?xì)?、炭紙或炭布。所述的?qiáng)酸為硫酸、磷酸、高氯酸、鹽酸或硝酸。本發(fā)明通過隔膜技術(shù)，分隔陽極室和陰極室的pH梯度，將陰極析氫電位提高，同時(shí)保持陽極產(chǎn)電微生物氧化污水中有機(jī)物的活性，將能實(shí)現(xiàn)在陽極處理污水中的有機(jī)物的同時(shí)在陰極產(chǎn)生氫氣，同時(shí)由于陰極電位提高，該反應(yīng)可自發(fā)發(fā)生，向外輸出電能。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括電解池1以及設(shè)置在電解池1內(nèi)將電解池分為陽極室6和陰極室5的雙極膜7，雙極膜7由陰離子交換膜8和陽離子交換膜9復(fù)合而成，其中陽離子交換膜9位于陰極室5，可以通過陽離子，而陰離子交換膜8位于陽極室6，可以透過陰離子。在陽極室6和陰極室5內(nèi)分別設(shè)置有陽極2和陰極4，陽極2與陰極4通過導(dǎo)線與電阻3相連接，陽極2由產(chǎn)電微生物及陽極基底組成，產(chǎn)電微生物由厭氧顆粒污泥馴化得到，陽極基底為炭氈、玻璃碳、炭黑、炭布、炭紙或石墨，此類陽極基底能使產(chǎn)電微生物附著并能將微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到外電路。陰極4采用電化學(xué)惰性的金屬鈦、鉬或碳材料制成， 所述的碳材料為石墨、玻璃碳、炭黑、炭氈、炭紙或炭布，在陽極室6內(nèi)盛放有含有機(jī)污染物的污水，陰極室8內(nèi)盛放有強(qiáng)酸溶液，其中含有機(jī)污染物的污水為含羧酸鹽、葡萄糖、淀粉、 氨氮或蛋白質(zhì)等可生化降解有機(jī)物的廢水，強(qiáng)酸為硫酸、磷酸、高氯酸、鹽酸或硝酸。實(shí)施例以炭布作陽極基底，碳布上預(yù)先采用微生物燃料電池的陽極培養(yǎng)方法附著了產(chǎn)電微生物，以雙極膜隔開陰極室和陽極室，陽極室為圓柱形尺寸為直徑2cm長3cm， 上留一小孔作為取樣檢測用，陽極室裝有約25mlC0D為1200mg/L的乙酸鈉的模擬廢水；陰極室也為圓柱形上有一孔作為取樣檢測用，尺寸同陽極室，裝滿0. IM硫酸溶液，pH約為1， 陰極材料為2cm*0.4cm鉬片。陰極和陽極通過一個(gè)100歐姆的電阻用導(dǎo)線連接。檢測電阻兩端的電壓，穩(wěn)定時(shí)約為5mV，經(jīng)過IOh的處理，電阻兩端電壓降為lmV，合計(jì)放電約0. 8庫侖，放出電能約3. 2*10_3焦耳，檢測陽極室廢水COD為300mg/L，COD被去除了 75%。從陰極室側(cè)收集氫氣約50umol。本發(fā)明包括在同一個(gè)電化學(xué)池污水中有機(jī)污染物被陽極上附著的產(chǎn)電微生物氧化成二氧化碳，同時(shí)釋放出電子和質(zhì)子，質(zhì)子與雙極膜中離解出來的氫氧根結(jié)合成水，而電子通過外電路傳導(dǎo)到陰極，產(chǎn)生電能；電子在陰極能將陰極室中的質(zhì)子還原成氫氣。通過本發(fā)明的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)在陽極室處理污水和在陰極室產(chǎn)生氫氣并向外電路輸出電能的效果。
權(quán)利要求
1.能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括電解池(1)以及設(shè)置在電解池(1)內(nèi)將電解池分為陽極室(6)和陰極室( 的雙極膜(7)，雙極膜(7)由陰離子交換膜(8)和陽離子交換膜(9)復(fù)合而成，其中陽離子交換膜(9)位于陰極室(5)，而陰離子交換膜(8)位于陽極室(6)，在陽極室(6)和陰極室(5)內(nèi)分別設(shè)置有陽極⑵和陰極，陽極⑵與陰極⑷通過導(dǎo)線與電阻⑶相連接，陽極⑵由產(chǎn)電微生物及陽極基底組成，陰極(4)采用電化學(xué)惰性的金屬鈦、鉬或碳材料制成，所述的陽極室 (6)內(nèi)盛放有含有機(jī)污染物的污水，陰極室(8)內(nèi)盛放有強(qiáng)酸溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)， 其特征在于所述的產(chǎn)電微生物由厭氧顆粒污泥馴化得到，陽極基底為炭氈、炭布、炭紙、玻璃碳、炭黑或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)， 其特征在于所述的含有機(jī)污染物的污水為含羧酸鹽、葡萄糖、淀粉、蛋白質(zhì)或氨氮的可生化降解有機(jī)物的廢水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)， 其特征在于所述的碳材料為石墨、玻璃碳、炭黑、碳?xì)?、炭紙或炭布?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)， 其特征在于所述的強(qiáng)酸為硫酸、磷酸、高氯酸、鹽酸或硝酸。
全文摘要
能夠同時(shí)產(chǎn)電、產(chǎn)氫及污水處理的微生物電化學(xué)系統(tǒng)，包括被雙極膜分隔成陽極室和陰極室的的電解池，在陽極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)置有陽極和陰極，陽極與陰極通過導(dǎo)線與電阻相連接，陽極由產(chǎn)電微生物及陽極基底組成，陰極采用電化學(xué)惰性的金屬鈦、鉑或碳材料制成，所述的陽極室內(nèi)盛放有含有機(jī)污染物的污水，陰極室內(nèi)盛放有強(qiáng)酸溶液。本發(fā)明通過隔膜技術(shù)，分隔陽極室和陰極室的pH梯度，將陰極析氫電位提高，同時(shí)保持陽極產(chǎn)電微生物氧化污水中有機(jī)物的活性，將能實(shí)現(xiàn)在陽極處理污水中的有機(jī)物的同時(shí)在陰極產(chǎn)生氫氣，同時(shí)由于陰極電位提高，該反應(yīng)可自發(fā)發(fā)生，向外輸出電能。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102340015SQ20111021397
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者潘彬, 王云海, 王白石, 趙景聯(lián), 陳慶云 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)