一種污水燃料電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種污水燃料電池，發(fā)電單元包括陽極、質(zhì)子交換膜和陰極腔；陽極為放置在第一污水管道中的一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，陰極腔位于第一污水管道之外，第一污水管道與陰極腔之間以管道相連并相通，管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜；陰極腔內(nèi)部設(shè)有陰極，陽極內(nèi)部設(shè)有紫外線燈；陽極的殼狀結(jié)構(gòu)的壁體由內(nèi)至外分別是玻璃板、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線、透明硅片、納米TiO2顆粒涂層，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線帶有外電路接口，外電路接口由導(dǎo)線經(jīng)外電路后連接陰極；能同時兼顧利用微生物氧化及紫外線激發(fā)納米TiO2氧化污水中有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，效率高；將發(fā)電單元模塊化，通過串聯(lián)方式的集成，可以將低電壓轉(zhuǎn)換成較高電壓。
【專利說明】一種污水燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適用于渾濁污水處理及發(fā)電的污水燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)可知，一些微生物可以不通過氧化還原媒介體，而是直接氧化有機(jī)物轉(zhuǎn)移電子，從而獲得電能。污水具有源源不斷及可生化性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而它成為了微生物燃料電池的最佳有機(jī)物來源之一。目前，廣泛采用的污水處理方法主要是利用好氧生物處理或厭氧生物處理，前者運(yùn)行費(fèi)用高，無法普及推廣。后者運(yùn)行費(fèi)較低，但甲烷的回收利用率低，廢氣處理困難。
[0003]微生物燃料電池是一種融合了污水處理和生物產(chǎn)電的新技術(shù)，它能夠在處理污水的同時收獲可觀電能。但是傳統(tǒng)的微生物燃料電池有機(jī)物氧化速率低，極大的限制了這種污水處理辦法的普及推廣。
[0004]納米Ti02光催化技術(shù)是光電化學(xué)應(yīng)用的方法之一，光資源取之不竭，納米Ti02光催化應(yīng)用技術(shù)工藝簡單，成本低廉，具有高催化活性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無二次污染，安全無毒等特點(diǎn)，是最具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。
[0005]光電化學(xué)生物燃料電池使用納米Ti02顆粒的方式是:將納米1102顆粒置于經(jīng)過濾沉淀澄清后的透明污水中形成納米Ti02顆粒懸濁液，進(jìn)而通過自然光照射激發(fā)其光催化作用。使用該方法有如下缺陷:納米Ti02顆粒不易回收、污水需經(jīng)過濾沉淀澄清處理、光來源受太陽日照限制、納米Ti02顆?？赡苤苯訉⒂袡C(jī)物催化成氫氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用紫外線激發(fā)納米二氧化鈦?zhàn)麝枠O的污水燃料電池，以提高渾濁污水燃料的氧化速率來增加污水燃料電池的適應(yīng)性、發(fā)電功率和效率。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括一個發(fā)電單元，發(fā)電單元包括陽極、質(zhì)子交換膜和陰極腔；陽極為放置在第一污水管道中的一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，陰極腔位于第一污水管道之外，第一污水管道與陰極腔之間以管道相連并相通，管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜；陰極腔內(nèi)部設(shè)有陰極，陽極內(nèi)部設(shè)有紫外線燈；陽極的殼狀結(jié)構(gòu)的壁體由內(nèi)至外分別是玻璃板、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線、透明硅片、納米Ti02顆粒涂層，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線帶有外電路接口，外電路接口由導(dǎo)線經(jīng)外電路后連接陰極。
[0008]第一污水管道的旁側(cè)是第二污水管道，第一污水管道和第二污水管道之間具有容納下陰極腔的空間，若干個發(fā)電單元的陽極放置在第一污水管道中，該若干個發(fā)電單元的陰極腔均放置在第一污水管道和第二污水管道之間的空間；第二污水管道中放置同樣個數(shù)的發(fā)電單元的陽極，該同樣個數(shù)的發(fā)電單元的陰極腔均放置在第一污水管道和第二污水管道之間的空間且與已有的陰極腔相互間隔交錯布置；所有的發(fā)電單元由導(dǎo)線串聯(lián)。[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明能同時兼顧利用微生物氧化及紫外線激發(fā)納米Ti02氧化污水中有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，效率高。
[0010]2、污水燃料電池電源不受光照條件的影響，發(fā)電時不產(chǎn)生污染，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時也沒有噪音，是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。
[0011]3、發(fā)電單元模塊化，通過串聯(lián)方式的集成，可以將低電壓轉(zhuǎn)換成較高電壓，可以用來建設(shè)大型污水燃料電站，實(shí)現(xiàn)為電動汽車等用電負(fù)載充電的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述一種污水燃料電池中單個發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)及原理圖；
圖2是圖1中陽極3的結(jié)構(gòu)放大圖；
圖3是本發(fā)明所述污水燃料電池的發(fā)電單元模塊集成化的工作原理圖。
[0013]圖中:1.發(fā)電單元；2.紫外線燈；3.陽極；4.導(dǎo)線；5-1.第一污水管道；5_2.第二污水管道；6.空氣輸入管；7.陰極；8.陰極腔；9.質(zhì)子交換膜；10.玻璃板；11.外電路接口；12.網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線；13.透明硅片；14.納米Ti02顆粒涂層；15.用電負(fù)載；16.控制開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明包括一個發(fā)電單元1，發(fā)電單元1結(jié)構(gòu)主要包括:陽極3、質(zhì)子交換膜9和陰極腔8。其中，陽極3為一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，放置在第一污水管道5-1中，在陽極3的內(nèi)部設(shè)有紫外線燈2 ;陰極腔8位于第一污水管道5-1之外。在第一污水管道5-1上開孔，在第一污水管道5-1與陰極腔8之間以管道相連，在相連的管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜9。
[0015]如圖2所示，封閉殼狀結(jié)構(gòu)的陽極3的殼狀壁體由普通的玻璃板10、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線
12、透明硅片13、納米1102顆粒涂層14組成，透明硅片13可以是硅膜，硅也可以由其他透明的且在水中穩(wěn)定導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料替換。殼狀壁體由內(nèi)至外分別是普通的玻璃板10、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線12、透明硅片13、納米1102顆粒涂層14。在玻璃板10的外表面上緊貼網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線12，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線12的外表面上緊貼透明硅片13，在透明硅片13的外表面上經(jīng)過毛化處理，然后涂上納米Ti02顆粒涂層14。透明硅片13的作用是透光并作為基底涂有納米1102顆粒涂層14，透明硅片13經(jīng)毛化處理可以提高納米1102顆粒涂層14與污水的接觸面積而加快反應(yīng)速度。網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線12帶有外電路接口 11，外電路接口 11經(jīng)導(dǎo)線4連接外電路，最終到達(dá)陰極腔8中的陰極7。
[0016]陰極腔8內(nèi)設(shè)有普通微生物燃料電池的陰極7，空氣輸入管6 —端連接陰極腔8，另一端連通外部。
[0017]發(fā)電單元1工作時，內(nèi)置的紫外線燈2發(fā)出紫外線，通過普通的玻璃板10、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線12、透明硅片13照射并激發(fā)納米1102顆粒涂層14，可以加快第一污水管道5-1中污水中有機(jī)物氧化速度。以氧化葡萄糖為例，陽極反應(yīng)按式(1)進(jìn)行，從而達(dá)到提高污水燃料電池發(fā)電功率的目的。由于設(shè)有專門內(nèi)置的紫外線燈2，使本發(fā)明不受太陽日照條件的限制，并可直接使用渾濁污水作為燃料電池的氧化物來源。經(jīng)上述光催化反應(yīng)的電子經(jīng)過外電路到達(dá)陰極腔8中的陰極7，同時產(chǎn)生的質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜9達(dá)到陰極7附近，按照式
(2)完成陰極反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氧化污水中的有機(jī)物并通過外電路提供電能。
【權(quán)利要求】
1.一種污水燃料電池，其特征是:包括一個發(fā)電單元(1)，發(fā)電單元(1)包括陽極(3)、質(zhì)子交換膜(9)和陰極腔(8);陽極(3)為放置在第一污水管道(5-1)中的一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，陰極腔(8)位于第一污水管道(5-1)之外，第一污水管道(5-1)與陰極腔(8)之間以管道相連并相通，管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜(9);陰極腔(8)內(nèi)部設(shè)有陰極(7)，陽極(3)內(nèi)部設(shè)有紫外線燈(2);陽極(3)的殼狀結(jié)構(gòu)的壁體由內(nèi)至外分別是玻璃板(10)、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線(12)、透明硅片(13)、納米Ti02顆粒涂層(14)，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線(12)帶有外電路接口( 11)，外電路接口(11)由導(dǎo)線(4)經(jīng)外電路后連接陰極(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污水燃料電池，其特征是:第一污水管道(5-1)的旁側(cè)是第二污水管道(5-2),第一污水管道(5-1)和第二污水管道(5-2)之間具有容納下陰極腔(8)的空間，若干個發(fā)電單元(1)的陽極(3)放置在第一污水管道(5-1)中，該若干個發(fā)電單元(1)的陰極腔(8)均放置在第一污水管道(5-1)和第二污水管道(5-2)之間的空間；第二污水管道(5-2)中放置若干個發(fā)電單元(1)的陽極(3)，對應(yīng)的陰極腔(8)均放置在第一污水管道(5-1)和第二污水管道(5-2)之間的空間且與已有的陰極腔(8)相互間隔交錯布置；所有的發(fā)電單元(1)由導(dǎo)線(4)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污水燃料電池，其特征是:玻璃板(10)的外表面上緊貼網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線(12)，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線(12)的外表面上緊貼透明硅片(13)，透明硅片(13)的外表面經(jīng)毛化處理并涂有納米Ti02顆粒涂層(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污水燃料電池，其特征是:陰極腔(8)連接空氣輸入管(6)一端，空氣輸入管(6)另一端連通外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污水燃料電池，其特征是:根據(jù)外電路的用電負(fù)載的功率及發(fā)電單元(1)的輸出電壓確定發(fā)電單元(1)的數(shù)量。
【文檔編號】H01M8/16GK103647098SQ201310582034
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】陳士安, 王駿騁, 游專, 祖廣浩, 姚明, 彭佳鑫, 張曉娜, 武曉暉 申請人:江蘇大學(xué)