申请日2010.08.25
公开(公告)日2010.12.22
IPC分类号C02F3/34; H01M8/16
摘要
一种微生物燃料电池，由阳极室、阴极室、质子膜、阳极、阴极、硅胶垫圈、垫板和硅胶垫片构成，所述阳极为碳纸、玻璃碳等;阴极为碳布、碳纸或石墨，阴极表面镀有Pt催化剂。应用该微生物燃料电池处理苯胺废水的方法，步骤如下：1)将葡萄糖模拟有机废水注入微生物燃料电池内，利用厌氧污泥启动微生物燃料电池;2)将阳极室中葡萄糖废水换成苯胺和葡萄糖的混合溶液，测定苯胺、阳极室中COD的降解率和电池的产电性能;3)减少阳极室中葡萄糖的含量，最后以苯胺作为单一电子供体。本发明的优点是：方法简单、易于实施、成本低、可在常温下应用，COD的去除率和苯胺的去除率较高，效果明显，适于大规模的推广与应用。
权利要求书
1.一种微生物燃料电池，由阳极室、阴极室、质子膜、阳极、阴极、硅胶垫圈、垫板和硅胶垫片构成，阳极室和阴极室均为封头式圆筒结构，圆筒部分即为反应室，在阳极室和阴极室的圆筒上部分别设有电极插孔，阳极反应室和阴极反应室内分别设置阳极和阴极并通过导线分别从电极插孔密封引出，质子膜呈正方形，其夹在两个硅胶垫片之间并通过两个垫板固定，硅胶垫片和垫板的中心均开有正方形方孔，方孔的边长小于质子膜的边长，质子膜与垫板和硅胶垫片构成质子膜组件，两个硅胶垫圈分别位于阳极室和阴极室与质子膜组件之间，组装后通过紧固螺栓连接固定，其特征在于：所述阳极为碳布、碳纸、玻璃碳、发泡镍、碳纤维、碳纳米管、储氢合金、颗粒石墨或石墨毡;阴极为碳布、碳纸或石墨，阴极表面镀有0.10mg/cm2-0.7mg/cm2的Pt催化剂。
2.一种如权利要求1所述微生物燃料电池处理苯胺废水的方法，其特征在于：步骤如下：
1)将葡萄糖模拟有机废水注入微生物燃料电池内，在反应温度时30℃-40℃条件下，外接1000Ω电阻，利用厌氧污泥启动微生物燃料电池，当电池电压低于50mV时，完全更换阳极室的葡萄糖模拟废水，待负载电压稳定在400mV以上，微生物燃料电池启动成功;
2)微生物燃料电池成功启动后，阳极室中葡萄糖废水换成苯胺和葡萄糖的混合溶液，测定苯胺、阳极室中COD的降解率和电池的产电性能;
3)减少阳极室中葡萄糖的含量，最后以苯胺作为单一电子供体。
说明书
一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法，可以在处理有机物的同时获得电能。
背景技术
随着工农业生产的快速发展，进入环境中的有害化合物越来越多，对动植物的生存和人类生存都构成了很大的危害，尤其具有致畸、致癌的小分子如苯胺等有机污染物的危害更大。苯胺是医药、农药、染料、塑料等行业的重要原料，广泛存在于这些行业的废水中。苯胺类化合物有毒，如果不经有效处理就直接排放，将会对人类生存的环境产生严重污染，已被美国EPA列为优先控制的129种污染物之一。对废水中苯胺的处理方法主要有：吸附法、萃取法、氧化法、微生物降解法等。目前，国内外研究者对苯胺的生物降解已开展了大量研究工作，已分离到一些在好氧或厌氧条件下降解苯胺的细菌，也有利用活性污泥、生物膜反应器降解苯胺类污染物。在好氧生物处理过程中，存在的问题是需要大规模的曝气，处理成本高，没有考虑到废水中有机物的利用问题。厌氧生物处理苯胺废水，苯胺不能有效的降解，产生的甲烷气体一般无法回收利用，直接排放到空气中去了，污染环境。
微生物燃料电池(MFC)是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置，它可以将废水中的有机污染物转变成能，并同时处理废水。目前研究报道的MFC利用的有机物主要为易降解的物质，如葡萄糖、蔗糖、乙酸、乙醇等。由于对环境造成污染较严重的是有毒有害废水，这些实际排放的废水中有机物含量丰富，如果能用MFC处理有毒有害废水的同时也能进行发电，是MFC研究中的一大突破。
国内外至今还没有有关MFC处理苯胺废水的报道。本发明的目的是为苯胺废水处理提供一种新方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法，该方法简单、易于实施、成本低且效率高。
本发明的技术方案：
一种微生物燃料电池，由阳极室、阴极室、质子膜、阳极、阴极、硅胶垫圈、垫板和硅胶垫片构成，阳极室和阴极室均为封头式圆筒结构，圆筒部分即为反应室，在阳极室和阴极室的圆筒上部分别设有电极插孔，阳极反应室和阴极反应室内分别设置阳极和阴极并通过导线分别从电极插孔密封引出，质子膜呈正方形，其夹在两个硅胶垫片之间并通过两个垫板固定，硅胶垫片和垫板的中心均开有正方形方孔，方孔的边长小于质子膜的边长，质子膜与垫板和硅胶垫片构成质子膜组件，两个硅胶垫圈分别位于阳极室和阴极室与质子膜组件之间，组装后通过紧固螺栓连接固定，所述阳极为碳布、碳纸、玻璃碳、发泡镍、碳纤维、碳纳米管、储氢合金、颗粒石墨或石墨毡;阴极为碳布、碳纸或石墨，阴极表面镀有0.10mg/cm2-0.7mg/cm2的Pt催化剂。
一种该微生物燃料电池处理苯胺废水的方法，步骤如下：
1)将葡萄糖模拟有机废水注入微生物燃料电池内，在反应温度时30℃-40℃条件下，外接1000Ω电阻，利用厌氧污泥启动微生物燃料电池，当电池电压低于50mV时，完全更换阳极室的葡萄糖模拟废水，待负载电压稳定在400mV以上，微生物燃料电池启动成功;
2)微生物燃料电池成功启动后，阳极室中葡萄糖废水换成苯胺和葡萄糖的混合溶液，测定苯胺、阳极室中COD的降解率和电池的产电性能;
3)减少阳极室中葡萄糖的含量，最后以苯胺作为单一电子供体。
本发明的工作机理：
在处理苯胺废水的过程中，附着在阳极上的细菌新陈代谢，氧化废水中有机物夺得电子并生成质子，所夺得的电子从微生物转移到阳极电极上，电子通过外电路到达阴极电极表面，同时生成的质子也到达阴极电极表面，质子、电子和氧气在阴极室内结合生成水。在获得电能的同时，由于微生物的分解代谢而使得废水中有机物浓度降低，并且由于微生物群落的不断驯化具有电化学性的细菌可以在电极表面被富集培养起来。
本发明的优点是：具有方法简单、易于实施、成本低、效率高等优点，处理效果和产电量受温度影响较小，可在常温下应用，最低应用条件为20℃，葡萄糖和苯胺在不同浓度配比下COD的去除率达到73%～77%，苯胺的去除率在71%～74.4%，适于大规模的推广与应用。