申请日2009.02.02
公开(公告)日2009.07.15
IPC分类号H01M8/16; C02F3/34; H01M4/94; H01M4/92; H01M4/96
摘要
本发明公开了一种应用于废水处理的微生物燃料电池，包括单极室的电池结构，采用多孔石墨培养、富集微生物作为生物阳极，阴极采用阳离子交换膜与负载有铂金属的碳布相结合。阳极置于电极室溶液中，阴极置于电极室的开口端，外侧直接暴露于空气中。本发明的微生物燃料电池能够有效地处理各种有机废水，使废水的COD降解率达75%以上，同时回收部分能源，具有制备成本低、运作效率高等特点。
权利要求书
1.一种处理废水的微生物燃料电池，电池为单极室，其特征在 于：阳极位于极室中，阴极位于极室的出口处，外侧直接暴露于空气 中;其中所述的阳极是多孔石墨电极，其上面固定有从深水或污水处 理厂采集的污泥进行厌氧和电极通电培养的产电微生物;其中所述的 阴极采用阳离子交换膜与负载有0.3-0.8mg/cm2Pt催化剂的碳布通 过添加少量粘结剂热压而形成。
2.根据权利要求1的应用于废水处理的微生物燃料电池，其特 征在于：电池室下端出水口装配有泵及阀门，用于调节废水在电池室 内的水力停留时间。
说明书
处理废水的微生物燃料电池
技术领域
本发明涉及微生物燃料电池，特别涉及一种应用于废水处理的微 生物燃料电池，该微生物燃料电池在处理废水的同时进行发电，回收 能源。
背景技术
应用于废水处理的微生物燃料电池是利用微生物降解废水中的 有机物，并将其转换成为电能的装置，在处理废水的同时进行发电， 回收能源。目前微生物燃料电池还处于实验室阶段，未能大规模应用， 其主要原因是产电效率较低，必须从几个方面加以改进提高。
绝大多数微生物由于细胞外层含有一层不导电的细胞膜，阻碍 了由催化底物所产生的电子从细胞内的氧化还原中心传递到电极上。 解决这一问题的传统方法是加入有机物小分子物质到电极上来作为 电子传递介质。这一方法也引起一些不良效果，主要是作为电子传递 介质的小分子有机物质容易从电极中泄漏到溶液，造成微生物催化电 极性能降低甚至失效。另一方面是造成新的污染同时也加大了微生物 燃料电池的制备及运作成本。
研究已经证明还原铁的微生物由于外细胞膜连接细胞色素，细 胞色素能起到细胞内与电极间的直接电子传递作用，将微生物催化有 机物氧化所产生的电子直接从细胞内的氧化-还原中心传递到电子表 面，而无须加入其它介质，这也指明了微生物燃料电池实用化的发展 方向。
微生物燃料电池大多引用化学燃料电池的结构和关键材料，质 子交换膜是微生物燃料电池的关键材料之一，由于其价格昂贵，且在 微生物燃料电池的溶液环境中使用，容易被微生物的代谢产物污染及 阻塞，寻找其价格便宜，更好机械性能的代替物或采用无膜式的电池 结构是微生物燃料电池实用化的另一发展方向。
综上所述，要实现微生物燃料电池的实用化，必须解决两大问 题，一是要采用能直接进行电子传递的产电微生物，二是要开发新的 和改进现有的微生物燃料电池所采用的电极材料和电极结构，使其降 低成本和提高性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于废水处理的单极室微生物燃料电 池，该微生物燃料电池所采用的电极材料和电极结构，成本低、性能 高。
本发明的目的是这样实现的：一种应用于废水处理的微生物燃料 电池，电池为单极室，其特征在于：阳极位于极室中，阴极位于极室 的出口处，外侧直接暴露于空气中;其中所述的阳极是多孔石墨电极， 其上面固定有从深水或污水处理厂采集的污泥进行厌氧和电极通电 培养的产电微生物;其中所述的阴极采用阳离子交换膜与负载有 0.5mg/cm2Pt催化剂的碳布通过添加少量粘结剂热压而形成。
本发明的微生物燃料电池，电池室下端出水口装配有泵及阀门， 用于调节废水在电池室内的水力停留。
该电池含有一个经修饰的多孔石墨电极作阳极、将深水或污水处 理厂采集的污泥进行厌氧和电极通电培养，所得到的异化金属还原菌 类微生物直接固定于该石墨电极上，阴极采用阳离子交换膜与负载有 0.3-0.8mg/cm2Pt催化剂的碳布通过添加少量粘结剂热压而形成阴 极。阳极位于电池室里面，厌氧环境，阴极位于电池室的出口处、直 接与空气相接触，通过控制废水在电池室中的停留时间而达到COD降 解程度。
该发明的一个特点是采用多孔石墨电极，将深水或污水处理厂采 集的污泥进行厌氧和电极通电培养，并将这些培养得到的产电微生物 直接固定于石墨电极上，不必添加电子传递介体材料，微生物与电极 间能够进行直接电子传递。
该发明的另一个特点是采用现已商业化应用的阳离子交换膜代 替传统的燃料电池常用的质子交换膜，其优点在于能较大程度地降低 膜的成本;另一优点是阳离子交换膜比质子交换膜有较好的机械性 能，更适合于在液相中使用，便于清洗，防止微生物代谢产物将膜污 染和阻塞。