专利名称：一种螺旋流道柱状阳极的制作方法
技术领域：
本发明属于生活及工业水处理技术领域，涉及微生物燃料电池阳极的结构设计特别涉 及一种螺旋流道柱状阳极。
背景技术：
微生物燃料电池(Microbial fUel cell,简称MFC)是以微生物为生物催化剂，直接将 燃料的化学能转化为电能的一种特殊的燃料电池，将其应用在污水处理领域，集产电与污 水净化为一体，具有十分光明和诱人的应用前景。
中国专利申请《微生物燃料电池》200410066753.9，《用微生物燃料电池检测水中有毒 物质的方法和装置》03807769.8，《无膜和无介体的微生物燃料电池》03813043.2，《一种 微生物燃料电池》200420090582.9，《一种无介体微生物燃料电池》200510079759.4，《一 种双筒型微生物燃料电池》200610113873. 9，《生物反应器-直接微生物燃料电池及其用途》 200510086618. 5，《可堆叠式单室微生物燃料电池》200610144991. 6。
以上专利在实际污水处理过程中出现以下问题反应器内阻较大，产电能力低下；采用片状电极，生物量含量较低，其结构不适合大规模建设； [3]采用填料电极，填料容易堵塞，降低运行周期。
发明内容
针对现有填料型阳极出现的堵塞等问题，本发明提出一种螺旋流道柱状阳极，在 增加阳极附着微生物的同时防止产电微生物过度生长导致阳极堵塞。
该阳极包括进水口 (1)、底板(2)、隔板(3)、穿孔碳毡(4)、石墨棒(5)、质子膜
(6)、顶板(7)和出水口 (8);
质子膜(6)围成筒状结构，两端分别与顶板(7)和底板(2)粘结在一起，共同构成
阳极室；
所述底板(2)上设置有所述进水口 (1)，所述顶板(7)上设置有出水口 (8);
阳极室内包括柱状阳极、旋入到柱状阳极内的石墨棒(5);
所述柱状样极为在穿孔碳毡(4)上均匀布孔，相邻碳毡之间交错一定角度后用酚醛
树脂粘合后再烧结为一个整体，形成内部具有螺旋流道的柱状阳极，用于防止填料型阳极的堵塞；
所述石墨棒(5)表面刻有螺纹，将其旋入柱状阳极中加强石墨与碳毡之间的接触，用 于收集阳极电流。
所述柱状阳极的工作时污水从下部进水口 (1)流入阳极室，经过隔板(3)后，由 于流道阻力较小，大部分污水沿着流道螺旋上升，而少量污水直接穿透碳毡，通过碳毡内 部孔隙上升，碳毡表面长有生物膜(什么生物膜？表述不清楚)，在污水流动的过程中，生 物膜将污水中的有机物降解，产生的电子由碳毡传递到中心石墨棒(5)并导出，处理后的 污水从上部出水口 (8)流出。
所述烧结方式为在60(TC氮气的保护下进行。
所述螺旋型流道为污水穿过的主通道，用于防止产电微生物的过度生长导致阳极堵塞， 同时延长了水力停留时间。对于螺旋流道的布置，可通过改变碳毡上孔的个数以及碳毡之 间的旋转角度，可以改变污水在电极内部的流动方式。
所述隔板(3)为多孔板，用于承托碳毡及均匀布水。
本发明的有益效果本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步采用填料 式电极，增大了微生物的附着面积，有效降低电池内阻，提高产电能力；通过在填料内部 布置螺旋流道，延长了水力停留时间，同时防止微生物过度增长所造成的堵塞现象；改进 石墨棒与碳毡的连接方式以及碳毡之间的烧结方式，使电极具有更好的导电性。
图1为本发明螺旋流道柱状阳极的结构示意图2为本发明螺旋流道柱状阳极的碳毡结构及相对位置示意图3为本发明螺旋流道柱状阳极的污水在阳极内的流动方向示意图。
具体实施例方式
下面结合
此模型的具体实施方式
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图l为本发明螺旋流道柱状阳极的结构示意图。其中，l为进水口、 2为底板、3为隔 板、4为穿孔碳毡、5为石墨棒、6为质子膜、7为顶板、8为出水口。
筒状质子膜6两端分别由顶板7和底板2粘接密封，形成阳极室，同时，底板和顶板 上分别设置进水口 l和出水口 8;隔板3为多孔板， 一方面起到承托碳毡的作用，另一方 面起到均匀布水的作用；石墨棒5的表面刻有螺纹，然后将其旋入柱状阳极6中，使二者 紧密的嵌在一起，从而加强电子的传递效果。所述柱状阳极的工作原理为污水从下部进水口 l流入阳极室，经过隔板3后，由于 流道阻力较小，大部分污水沿着流道螺旋上升，而少量污水直接穿透碳毡，通过碳毡内部 孔隙上升，在污水流动的过程中，生物膜将污水中的有机物降解，产生的电子由碳毡传递 到中心石墨棒5并导出，处理后的污水从上部出水口 8流出。
利用碳毡烧结柱状阳极时，首先将每块碳毡裁成尺寸合适的圆形，在周边均匀打若干
个孔，并在其上表面涂一层粘合剂(96%酚醛树脂+4%乌托品+适量乙醇)；然后将每块 碳毡依次旋转一定角度后叠放在一起，如图2所示；最后将碳毡在60(TC氮保护下碳化， 从而制成柱状阳极，其内部形成螺旋式流道。图3为污水在阳极内的流动方向示意图。
所述螺旋型流道为污水穿过的主通道，用于防止产电微生物的过度生长导致阳极堵塞， 同时延长了水力停留时间。对于螺旋流道的布置，可通过改变碳毡上孔的个数以及碳毡之 间的旋转角度，可以改变污水在电极内部的流动方式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应 涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种螺旋流道柱状阳极，其特征在于，该阳极包括进水口(1)、底板(2)、隔板(3)、穿孔碳毡(4)、石墨棒(5)、质子膜(6)、顶板(7)和出水口(8)；质子膜(6)围成筒状结构，两端分别与顶板(7)和底板(2)粘结在一起，共同构成阳极室；所述底板(2)上设置有所述进水口(1)，所述顶板(7)上设置有出水口(8)；阳极室内包括柱状阳极、旋入到柱状阳极内的石墨棒(5)；所述柱状样极为在穿孔碳毡(4)上均匀布孔，相邻碳毡之间交错一定角度后用酚醛树脂粘合后再烧结为一个整体，形成内部具有螺旋流道的柱状阳极，用于防止填料型阳极的堵塞；所述石墨棒(5)表面刻有螺纹，将其旋入柱状阳极中加强石墨与碳毡之间的接触，用于收集阳极电流。
2. 根据权利要求1所述的一种螺旋流道柱状阳极，其特征在于，所述烧结方式为在 60(TC氮气的保护下进行。
3. 根据权利要求1所述的一种螺旋流道柱状阳极，其特征在于，所述螺旋型流道为污 水穿过的主通道，用于防止产电微生物的过度生长导致阳极堵塞，同时延长了水力停留时 间。
4. 根据权利要求1所述的一种螺旋流道柱状阳极，其特征在于，所述隔板(3)为多 孔板，用于承托碳毡及均匀布水。
全文摘要
本发明涉及生活及工业水处理技术领域的一种螺旋流道柱状阳极。它包括进水口、底板、隔板、穿孔碳毡、石墨棒、质子膜、顶板和出水口；质子膜围成筒状，两端与顶板和底板粘结在一起，构成阳极室；碳毡上均匀布孔，相邻碳毡间交错一定角度后烧结为一体，形成内部有螺旋流道的柱状阳极；将石墨棒旋入烧结好的碳毡中，保证石墨棒与碳毡形成良好的接触，以便将电子引出阳极室。与现有技术比，本发明具有以下优点采用填料式电极，增大了微生物的附着面积，降低电池内阻，提高产电能力；通过在布置螺旋流道，延长水力停留时间，同时防止微生物过度增长造成的堵塞现象；改进石墨棒与碳毡的连接方式以及碳毡间的烧结方式，使电极导电性增强。
文档编号C02F1/46GK101602530SQ200810114730
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月11日 优先权日2008年6月11日
发明者张潇源, 曹效鑫, 鹏 梁, 范明志, 霞 黄 申请人:清华大学