一种多效光合微生物燃料电池及实现方法与流程

文档序号:12737779阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:包括阴极室、阳极室、脱盐室和槽体,所述阴极室、阳极室及脱盐室均设置于槽体内,相互之间通过阳极膜进行间隔,所述脱盐室位于阴极室与阳极室之间;所述阳极室内部添加胞外产电细菌,并在其中插入阳极电极;所述阴极室内部添加微藻并插入涂有催化剂涂层的阴极电极;所述脱盐室中设置一组由电容极板构成的电容组,所述电容极板分为正电容极板和负容电容极板,正电容极板与负电容极板穿插放置,相邻的两电容极板间放置绝缘层,负电容极板与所述阳极电极连接,正电容极板与所述阴极电极连接;所述阴极室中产生O2,阳极室中产生CO2、电子和质子,所述质子穿过所述阳极膜到达所述阴极室,在催化剂的作用下,与微藻光合作用释放的O2发生电化学作用形成稳定氧化物;

反应化学式包括:

阳极:C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e- (1)

阴极:O2+4H++4e-→2H2O (2)。

2.根据权利要求1所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述阳极电极由碳纤维和钛丝制成,所述阴极电极上覆盖涂抹碳铂催化剂的导电碳布。

3.根据权利要求1所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述的电容极板为活性碳布纤维电容极板。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述的脱盐室的电容组四周留有能使阳极室中产生的质子流动至阴极室中参与氧化还原反应的空间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述质子为H+

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述的胞外产电细菌为脱硫弧菌类、普通变形杆菌、假单胞菌属、梭菌属、土杆菌属、泥弧菌属、西瓦、硫酸盐还原菌、还原脱硫光敏斑菌等中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述的阴极室的体积为阳极室的1.5~2倍。

8.根据权利要求1或7所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所 述的阴极室、阳极室、脱盐室的体积比为1.55:1.0:0.9。

9.根据权利要求1或2或3或4或7所述的一种多效光合微生物燃料电池,其特征在于:所述阳极膜采用两张阳离子交换膜交叠,阳离子交换膜为透过率不小于90%的工业用电渗析阳离子交换膜,厚度为0.2~0.5mm,爆破强度不小于0.3Mpa,所述绝缘层采用两层塑料网交叠。

10.一种实现如权利要求1-9中所述多效光合微生物燃料电池的方法,其特征在于:包括如下步骤:

1)在阴极室、阳极室中通入富养废水,在脱盐室中通入高盐废水;将电容组的负电容极板通过阳极导线连接阳极电极,电容组的正电容极板通过阴极导线连接阴极电极;

2)阴极室中投放微藻藻种,在阳极室中投放胞外产电细菌;

3)微藻在阴极室中吸收富养废水中的大部分N、P及小部分可被利用的小分子碳源等营养物质,并进行光合作用产生O2

4)阴极室中污水采取连续化处理,通过停留时间的控制,保证大部分N、P得以去除,藻液浓度趋于稳定,对排出藻液进行藻细胞搜集及获取,出水进入阳极室;

5)在阳极室中,有机污染物及残余微藻在胞外产电细菌的作用下氧化分解为CO2、电子和H+质子,H+质子和CO2通过阳极膜和脱盐室进入阴极室,电子则通过阴极导线传递到电容组中储能;

6)阴极室中H+质子与O2在催化剂的作用下结合,生成稳定的氧化产物;

7)脱盐室中高盐废水的正负离子分别富集在电容组的负电容极板及正电容极板表面;

8)在正电容极板与负电容极板吸附的离子接近饱和时,将负电容极板连接阴极电极,正电容极板连接阳极电极,使电容极板上吸附的离子脱附进入溶液中排出。

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