申请日2011.07.28
公开(公告)日2012.01.25
IPC分类号C02F3/34; H01M4/86; H01M8/16; C25B1/10
摘要
同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，包括电解池以及设置在电解池内将电解池分为阳极室和阴极室的离子交换膜，在阳极室和阴极室内分别设置有阳极和光阴极，阳极与光阴极通过导线与电阻相连接，光阴极侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口，阳极由产电微生物及阳极基底组成，光阴极采用具有太阳光响应的半导体材料，所述的阳极室内盛放有含有机污染物的污水，阴极室内盛放有电解质溶液。本发明在同一个微生物光电化学池内，污水中有机污染物被阳极上附着的产电微生物氧化成二氧化碳，同时释放出电子和质子，质子通过电解质转移到阴极而被光阴极还原成氢气，电子通过外电路传导到阴极，产生电能。
权利要求书
1.同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：包 括电解池(1)以及设置在电解池(1)内将电解池分为阳极室(7)和阴极室 (8)的离子交换膜(6)，在阳极室(7)和阴极室(8)内分别设置有阳极(2) 和光阴极(4)，阳极(2)与光阴极(4)通过导线与电阻(3)相连接，光阴 极(4)侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口(5)，阳极(2)由产电微 生物及阳极基底组成，光阴极(4)采用具有太阳光响应的半导体材料，所述 的阳极室(7)内盛放有含有机污染物的污水，阴极室(8)内盛放有电解质 溶液。
2.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到，阳极基底 为炭毡、炭布、炭纸、玻璃碳、炭黑或石墨。
3.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的含有机污染物的污水为含乙酸盐、葡萄糖、淀粉、 氨氮或蛋白质等可生化降解有机物的废水。
4.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的具有太阳光响应的半导体材料为铁酸钙、硫化镉、 硫化锌、二氧化钛或掺杂二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、 氯化钾、氯化钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、 磷酸二氢钾溶液中的一种或多种溶液组成。
6.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的离子交换膜采用只允许阴离子或者只允许阳离子 通过的离子交换膜。
7.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学 系统，其特征在于：所述的电解池(1)采用有机玻璃或玻璃制成。
说明书
同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统
技术领域
本发明属于环境保护水处理、应用化学和新能源领域，具体涉及一种同 时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统。
背景技术
微生物燃料电池技术能够将污水中有机物所含的能量转换成电能收集起 来。但目前微生物燃料电池技术在依靠阳极产电微生物处理污水的同时，阴 极往往是将氧气还原成水，总的反应是有机物被氧气氧化成了水和二氧化碳。 随着能源危机及清洁能源的需求增加，氢气作为一种高热值的清洁能源物质 而备受人们关注，它的各种制备技术如太阳能光解水法、微生物发酵法、生 物质超临界气化、石油裂解等也引起了人们的注意。但从污水中提取氢能的 技术却很少报道，由于污水中有机物在阳极被氧化的电位显示一定的负值， 而在同样条件下阴极析出氢气的电位也偏负，该反应不能自发发生，要想提 取出污水中有机物质中的氢气需要施加额外的能量。因此有人将污水中的能 量通过微生物电解池技术以氢气的形式提取出来，微生物电解池需要额外施 加电能即在阴阳极之间施加一个偏压，实现污水处理与产氢。
通过输入太阳光能，也是一种向系统施加能量的方式。生物阳极氧化污 水中的有机污染物，产生质子于电子，而光阴极通过吸收太阳光产生空穴和 电子，生物阳极产生的电子通过外电路与光阴极产生的空穴结合输出电能， 而光阴极产生的电子则与水反应产生氢气。该反应可自发发生，向外输出电 能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时产电、产氢及污水处理的微生物光 电化学系统，为水处理技术提供一种简单、方便、高效的处理装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括电解池以及设置在电 解池内将电解池分为阳极室和阴极室的离子交换膜，在阳极室和阴极室内分 别设置有阳极和光阴极，阳极与光阴极通过导线与电阻相连接，光阴极侧的 一面设置有完全透光的石英玻璃窗口，阳极由产电微生物及阳极基底组成， 光阴极采用具有太阳光响应的半导体材料，所述的阳极室内盛放有含有机污 染物的污水，阴极室内盛放有电解质溶液。
所述的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到，阳极基底为炭毡、炭布、 炭纸、玻璃碳、炭黑或石墨。
所述的含有机污染物的污水为含乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或蛋白质 等可生化降解有机物的废水。
所述的具有太阳光响应的半导体材料为铁酸钙、硫化镉、硫化锌、二氧 化钛或掺杂二氧化钛。
所述的电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、氯化钾、氯化 钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾 溶液中的一种或多种溶液组成。
所述的离子交换膜采用只允许阴离子或者只允许阳离子通过的离子交换 膜。
所述的电解池采用有机玻璃或玻璃制成。
本发明由离子交换膜隔开的阳极室和阴极室。阳极为附着的产电微生物， 阳极室盛有污水;而阴极为具有可见光响应的半导体光电极，阴极室盛有导 通离子用的电解质水溶液。在同一个光电化学池内，污水中有机污染物被阳 极上附着的产电微生物氧化成二氧化碳，同时释放出电子和质子，质子通过 电解质转移到阴极而被光阴极还原成氢气，电子通过外电路传导到阴极，产 生电能。