专利名称：一种集CO<sub>2</sub>转化、污水处理于一体的微生物电解池的制作方法
技术领域：
本发明属于生物电池与环境、二氧化碳捕获利用的交叉领域，具体涉及一种集CO2 转化、污水处理于一体的微生物电解池。
背景技术：
化石燃料在过去一个世纪为工业和经济的发展发挥了巨大的作用，然而化石燃料作为主要的能源，燃烧所释放出的温室气体(主要为CO2)对气候的影响问题日益突出。 全球大气中α)2浓度已经从工业化前的约^Oppm增加到了 2005年的379ppm。2005年大气CO2浓度值已经远远超出了根据冰芯记录得到的六十五万年以来浓度的自然变化范围 (180-330ppm)。尽管大气(X)2浓度的增长速率存在年际变率，其在近十年中(1995年-2005 年平均；每年1. 9ppm)的增长率，比有连续直接大气观测以来(1960年-2005年平均；每年 1. 4ppm)的增长速率更高。随着(X)2减排以及环境、能源问题在生产中的重要性逐步提高，发展结合环境污染控制、能量回收以及CO2减排的技术是生产发展中迫切需要的。近年来，在污水处理行业兴起的新技术——微生物电解池(microbial electrolysis cell，简称MEC)技术，作为污水处理的新工艺，引起国内外的广泛的关注。微生物电解池(MEC)在处理废水的同时可进行不同形式能量(可燃气体)的回收，是一种兼顾环境、能源问题的新工艺，但其不足之处在于处理废水和能量回收的同时，阳极仍然会向大气释放CO2,不符合(X)2减排的理念，也不能实现CO2的有效利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在实现污水处理、捕捉CO2的同时，实现CO2向CH4 转化的集ω2转化、污水处理于一体的微生物电解池。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括电解池壳体，在电解池壳体内设置有将电解池壳体分隔为阳极室和阴极室的阴/阳离子交换膜，盛放待处理污水的阳极室和阴极室内分别设置有与外接电源相连接的阳极和阴极，阴极室内还设置有用于控制阴极电位的参比电极，阴极室的上端开设有阴极产物出口，所述的阳极室通过导气管与阴极室相连通。本发明的电解池壳体采用透明材质的有机玻璃、玻璃或石英制成。为保持阴极电位为-0. 25V -0. 35V (相对于Ag/AgCl (饱和氯化钾)参比电极)， 所述的外接电源1为1. OV 1. 4V的恒压电源。所述的阴极，阳极均采用碳布作为电极材料，且在阴极上附着有产甲烷细菌，阳极上附着有厌氧产电细菌，阴极和阳阴均采用钛丝或者钼丝与外接电源相连。所述的参比电极为(Ag/AgCl (饱和氯化钾))参比电极。本发明的微生物电解池在进行(X)2捕获、向CH4转化的基础上，同时可进行污水处理。易于实现且便于操作，有望取代传统的污水生物处理环节。
3
废水处理将废水注入阳极室室内作为各微生物生长的营养源，在室温下，微生物对废水中的有机物进行分解代谢，进而实现废水处理过程。CO2捕获与转化阳极释放的(X)2通过导气管道进入阴极室，在阴极室细菌的催化作用下，实现(X)2捕获以及向CH4的转化。
图1是本发明的整体结构示意图。外接电源1、导气管2、阴极产物出口 3、参比电极4，阴极5、电解池壳体6、阴极室 7、阴/阳离子交换膜8、阳极室9、阳极10。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。参见图1，本发明包括采用有机玻璃、玻璃、石英等透明材质制成的电解池壳体6， 在电解池壳体6内设置有将电解池壳体6分隔为阳极室9和阴极室7的阴/阳离子交换膜 8，盛放待处理污水的阳极室9和阴极室7内分别设置有与外接恒压电源1相连接的阳极10 和阴极5，所述的阴极5，阳极10均采用碳布作为电极材料，且在阴极5上附着有产甲烷细菌，阳极10上附着有厌氧产电细菌，阴极5和阳阴10均采用钛丝或者钼丝与外接电源1相连，阴极室7内还设置有用于控制阴极电位的(相对于Ag/AgCl (饱和氯化钾))制成的参比电极4，阴极室7的上端开设有阴极产物出口 3，所述的阳极室9通过导气管2与阴极室 7相连通。阳极上附着的厌氧产电细菌可实现废水中有机物的氧化降解，产生CO2 ；将阳极室产生的ω2导入阴极室，利用阴极上附着的产甲烷细菌的催化作用实现CO2向CH4的转化， 本发明具有废水处理和(X)2转化利用相结合的特点。本发明提出的微生物电化学(X)2捕捉系统的启动过程如下1)阴极、阳极的制作按1 1的体积比将厌氧活性污泥和模拟废水分别置于阳极腔和阴极腔内，然后为阴极提供-0. 25 -0. 35V (相对于Ag/AgCl (饱和氯化钾)参比电极)的恒定电势，同时将阳极室内产生的(X)2气体通过导气管2导入阴极室7，通过阴极室 7内厌氧活性污泥中的产甲烷细菌的催化作用，CO2气体被还原为甲烷，定期对阴极室内气体进行测试，待有大量甲烷气体产生后，认为产电细菌、产甲烷细菌成功附着在阳极和阴极上，去除阳极腔和阴极腔内的液体，阴极、阳极的制作完成；2)将待处理污水置于阳极腔内，阴极腔内置不含有机碳源的营养液，使用恒压电源使阳极、阴极电压维持在1. OV 1. 4V左右，阳极室内产生的(X)2气体通过导气管2导入阴极室，通过阴极上附着的产甲烷细菌将(X)2气体还原为甲烷，具体化学反应方程式如下C02+8H++8e" — CH4+2H20本发明提出的微生物电化学(X)2捕捉利用系统结构简单，可在传统微生物电解池 (MEC)基础上进行改造，以微生物取代了传统微生物电解池(MEC)阴极上贵重金属催化剂， 降低了成本，同时可实现污水处理、CO2捕捉及转化的多重目的，具有较好的应用前景。
权利要求
1.一种集CO2转化、污水处理于一体的微生物电解池，其特征在于包括电解池壳体 (6)，在电解池壳体(6)内设置有将电解池壳体(6)分隔为阳极室(9)和阴极室(7)的阴/ 阳离子交换膜(8)，盛放待处理污水的阳极室(9)和阴极室(7)内分别设置有与外接电源 ⑴相连接的阳极(10)和阴极(5)，阴极室(7)内还设置有用于控制阴极电位的参比电极 G)，阴极室(7)的上端开设有阴极产物出口(3)，所述的阳极室(9)通过导气管(2)与阴极室(7)相连通。
2.根据权利要求1所述的集(X)2转化、污水处理于一体的微生物电解池，其特征在于 所述的电解池壳体(6)采用透明材质的有机玻璃、玻璃或石英制成。
3.根据权利要求1所述的集(X)2转化、污水处理于一体的微生物电解池，其特征在于 为保持阴极电位为-0. 25V -0. 35V (相对于Ag/AgCl (饱和氯化钾)参比电极)，所述的外接电源1为1. OV 1. 4V的恒压电源。
4.根据权利要求1所述的集(X)2转化、污水处理于一体的微生物电解池，其特征在于 所述的阴极(5)，阳极(10)均采用碳布作为电极材料，且在阴极(5)上附着有产甲烷细菌， 阳极(10)上附着有厌氧产电细菌，阴极(5)和阳阴(10)均采用钛丝或者钼丝与外接电源相连。
5.根据权利要求1所述的集(X)2转化、污水处理于一体的微生物电解池，其特征在于 所述的参比电极(4)为(Ag/AgCl (饱和氯化钾))参比电极。
全文摘要
一种集CO2转化、污水处理于一体的微生物电解池，包括电解池壳体，在电解池壳体内设置有将电解池壳体分隔为阳极室和阴极室的阴/阳离子交换膜，盛放待处理污水的阳极室和阴极室内分别设置有与外接电源相连接的阳极和阴极，阴极室内还设置有用于控制阴极电位的参比电极，阴极室的上端开设有阴极产物出口，所述的阳极室通过导气管与阴极室相连通。本发明将废水注入阳极室室内作为各微生物生长的营养源，在室温下，微生物对废水中的有机物进行分解代谢，进而实现废水处理过程。CO2捕获与转化阳极释放的CO2通过导气管道进入阴极室，在阴极室细菌的催化作用下，实现CO2捕获以及向CH4的转化。
文档编号C02F3/28GK102408155SQ201110209150
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者何雅玲, 姚森, 席奂, 王云海, 王白石 申请人:西安交通大学