一种用于mfc功能研究的实验室mec反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于MFC功能研究的实验室MEC反应器，包括在外源电解阴极安装电极作为MFC的正极，在外源电解阳极安装电极作为MFC的负极。所述的反应器在MEC阳极室和阴极室之间安装质子交换膜。所述反应器的阳极采用石墨电极，阴极采用铂电极。当该反应器的阴极处于厌氧状态下，具有MEC的功能，当该反应器的阴极处于耗氧状态下，具有MFC的功能。
【专利说明】
一种用于MFC功能研究的实验室MEC反应器
技术领域
[0001 ]本实用新型属于微生物电解池和燃料电池装置。
【背景技术】
[0002]Liu等在2005年设计的310 ml双室小瓶形反应器，把电化学原理和微生物燃料电池技术引入到发酵制氢的MEC(Microbial Electrolysis Cell，MEC)反应器中。阳极材料是普通碳布，阴极材料是载有0.5 mg/am Pt的12cm碳纸电极，采用乙酸钠为底物，平均产氢量为2.9 mo I H2/mol乙酸钠，库伦效率是60%?78%。其后，MEC反应器在解决以废水为底物厌氧发酵过程的有机酸积累及连续产氢等方面获得了向工业化应用的可能性。
[0003]微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用细菌通过生物质产生生物电能的方式。1911年Potter首先发现能利用细菌产生电流，此后MFC采用发酵型的酵母和细菌进行产电，其机制初步认为是在微生物发酵过程产生的还原产物和电极直接作用而产生电流。20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，MFC的输出功率有了较大提高，但这种装置仍然存在诸多缺点，制约了它的发展。1999年，科学家发现无需使用电子传递中间体而直接将电子传递给作为电子受体的纯培养菌种的微生物电池，从而在MFC领域取得了重大突破。但现有MEC反应器是无膜单腔室微生物电解池，面对该领域各种理论问题和技术难点，缺乏研究MFC功能的实验室MEC反应器，MFC技术研究进展缓慢。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种用于MFC功能研究的实验室MEC反应器。
[0005]该反应器包括MEC阳极室(3)和阴极室(10)、以及作为外源电解电极的阴极(6)和阳极(7)，并且:在外源电解电极的阴极(6)安装电极作为MFC的正极(22)，在外源电解电极的阳极(7)安装电极作为MFC的负极(23)，当该反应器的阴极处于厌氧状态下，具有MEC的功能，当该反应器的阴极处于耗氧状态下，具有MFC的功能。
[0006]进一步，所述反应器在MEC阳极室(3)和阴极室(10)之间安装质子交换膜(21)。
[0007]进一步，所述反应器的阳极(7)采用石墨电极，阴极(6)采用铂电极。
[0008]本实用新型的工作原理及有益效果是:
[0009]当该反应器的阴极处于厌氧状态下，MEC反应器在电解协助下，借助产氢活性污泥中的产电微生物与阳极建立电极呼吸，较为彻底地氧化有机底物并形成电子、H+和C02，并支持产电微生物生长，从而得到MFC产生电流的耗氧状态所需内能。同时在阴极，H+在外源电解协助下，获得电子而还原成氢气。
[0010]当该反应器的阴极处于耗氧状态下，MEC反应器以阳极表面的产电微生物降解的有机物产生电子并传递至阳极，再通过外电路负载电子到达阴极，由此做功产生外电流。另一方面，微生物降解有机物所产生的质子从阳极室通过质子膜到达阴极，从而完成电池内电荷的传递，同时，质子在阴极上与电子、氧气反应生成水。以上两个过程，使MEC反应器在降解污水中有机物的同时具有MFC功能。
[0011]同时，该反应器在MEC阳极室和阴极室之间安装质子交换膜，利用质子交换膜作为质子传递中间体，形成的相对独立的产氢体系，提高了氢气的纯度。
[0012]所述反应器可以在底部配有集热式恒温加热磁力搅拌器，对发酵室恒温加热和搅摔，提尚反应效率。
[0013]该反应器除了与MEC反应器一样，降解生物资源，如废弃物和生活垃圾等产生的有机废水，并从可生物降解的生物中制氢之外，还能使阴极处于好氧状态，利用有机废水进行发电，从而，在环境保护和新能源开发等领域具有广阔的应用前景。【附图说明】
[0014]图1为该反应器的结构示意图。图中，pH电极计1、进样和取样管2、阳极室3、阳极参比电极4、出气管5、阳极石墨电极6、阴极铂电极7、阴极参比电极8、阴极室10、MFC的负极21、 MFC的正极22、质子交换膜23。
[0015]图2为该反应器的示意图。
[0016]图中，pH电极孔11、pH电极孔密封底座12、参比电极孔密封底座13、参比电极孔14、 出气孔密封底座17、出气孔18、进样和取样孔19、进样和取样孔密封底座20、MFC的负极21、 MFC的正极22、质子交换膜23。【具体实施方式】 [〇〇17] 实施例1:
[0018]如图1所示，该反应器涉及作为外源电解电极的阳极6和阴极7,并且:在外源电解电极的阴极6安装电极作为MFC的负极22,在外源电解电极的阳极7安装电极作为MFC的正极 23。当该反应器的阴极处于厌氧状态下，具有MEC的功能；当该反应器的阴极处于耗氧状态下，具有MFC的功能。[〇〇19]密封盖3用聚四氟乙烯为材料。当该反应器作为MFC的功能时，应严密堵塞密封盖3 上的出气管5、出气孔18、进样和取样孔19,防止实验过程中漏气。
[0020]以上反应器底部配有集热式恒温加热磁力搅拌器，对发酵室恒温加热和搅拌。
[0021]实验中，所述反应器的MFC的负极22和MFC的正极23用导线与电流表和电压表连接。[〇〇22] 实施例2:
[0023]该反应器的在MEC阳极室3和阴极室10之间安装质子交换膜21。其余技术特征与实施例1相同。[〇〇24] 实施例3:
[0025]该反应器外源电解电极的阳极6采用石墨电极，外源电解电极的阴极7采用铂电极。其余技术特征与实施例1或2相同。
【主权项】
1.一种用于MFC功能研究的实验室MEC反应器，包括MEC阳极室(3)和阴极室(10 )、以及 作为外源电解电极的阴极(6)和阳极(7)，其特征在于:在外源电解电极的阴极(6)安装电极 作为MFC的正极(22)，在外源电解电极的阳极(7)安装电极作为MFC的负极(23)，当该反应器 的阴极处于厌氧状态下，具有MEC的功能，当该反应器的阴极处于耗氧状态下，具有MFC的功能。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:在MEC阳极室(3)和阴极室(10)之间安装 质子交换膜(21)。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于:所述反应器的阳极(7)采用石墨电 极，阴极(6)采用铂电极。
【文档编号】H01M8/16GK205645996SQ201620466095
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】李建昌, 杨仁灿, 何文萍, 赵育峰, 杨梅宏, 李孝青
【申请人】云南师范大学