[发明专利]基于微生物燃料电池的Fe(II)EDTA再生方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种新型的基于微生物燃料电池同步产电和Fe(II)EDTA再生方法，属于废水处理和废气净化环境保护工程技术领域。

背景技术

NOx是我国当前正在致力解决的大气污染问题之一，该气体的排放主要来自煤炭燃烧过程，其中90%以上都以NO的形式存在。Fe(II)EDTA络合吸收烟气中的NO是一种非常有希望的烟气脱硝技术。该技术主要利用Fe(II)EDTA与NO反应生成亚硝酰络合物（Fe(II)EDTA-NO）而使NO进入液相，使烟气中的NOx得以去除。在该过程中，部分Fe(II)EDTA会被烟气中的氧气氧化，生成对NO无络合作用的副产物Fe(III)EDTA。具体的反应过程如（1）-（2）式所示。

                    (1)

              (2)

为此，很多学者围绕着Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA的加速还原方法，如化学还原、微生物还原、电化学还原等开展了研究。

微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）是利用微生物作为反应主体，将物质的化学能直接转化为电能的一种装置。典型的微生物燃料电池包括阳极室和阴极室，二者之间被质子交换膜分隔。在阳极室中，有机物作为电子供体被微生物所氧化，产生的电子传递到阳极并通过外电路被传输到阴极，产生的质子（氢离子）通过质子交换膜转移到阴极室，然后电子和质子在阴极与电子受体相结合，从而实现产电全过程。

近年来，微生物燃料电池在环境污染控制中的应用受到了广泛的关注，主要的原因在于该技术可以在去除污染物的同时，高效地回收能量产生电力，在当前能源危机的背景下，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明以微生物燃料电池进行亚铁螯合剂吸收NO产物的还原和同步产电为总体目标，以亚铁螯合物对NO气体的吸收产物（以Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA为主要代表）作为燃料电池阴极电解液，利用燃料电池阴极的电化学还原作用实现亚铁螯合物的再生并产生电力。

本发明的采用原理如下所述：

微生物燃料电池是微生物电化学系统的一种。根据电化学原理，如果在电化学系统中阳极和阴极的反应能导致体系吉布斯自由能的降低，则反应可以自发进行并产生电力，反之则需要输入电力（为电解池）。如果反应可自发进行，则电池体系所产生的标准电压如式（3）所示：

                        (3)

式中j表示产物，i表示反应物，v表示化学计量系数，表示反应物和产物的吉布斯自由能。标准电压的也可以用电池阳极和阴极的标准氧化还原反应电位来表示，如式（4）所示：

                            (4)

式中代表阴极的标准电极电位，代表阳极的标准电极电位。

在Fe(II)EDTA吸收NO产物的电化学还原中，主要发生了如下反应：

         (5)

                             (6)

因此，在微生物燃料电池的阴极中将上述反应加以整合，利用微生物燃料电池技术实现Fe(II)EDTA吸收NO产物的再生和同时产电过程。

根据上述原理，本发明采用如下技术方案：

构建双室型微生物燃料电池，以石墨颗粒为填料，以石墨碳棒为电极，以醋酸钠为阳极底物（为避免阳极过程对阴极的影响，阳极采用连续流的方式，稳定地供给底物），分别以Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO（约10 mmol/L）作为燃料电池阴极的反应物，与1KΩ外电阻连成闭合回路，进行实验。

本发明特点在于利用Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO均可以在微生物燃料电池阴极得到还原，将微生物燃料电池技术和化学吸收NO有机结合起来，既解决了NO在水中溶解度低的问题，又避免了直接厌氧微生物还原和直接电化学还原能耗过大的劣势，实现Fe(II)EDTA的还原和同步产电。

本发明利用燃料电池的特点，将各种废水（废液）的处理过程与亚铁螯合物吸收NO产物的再生过程相耦合，利用废物中蕴含的化学能驱动亚铁螯合剂吸收产物的再生和产电，实现以废治废。同时，对Fe(II)EDTA再生不需要额外的化学药剂、能量输入，还能产生一定的电力。

附图说明

图1微生物燃料电池装置示意图。

图2带阳极驯化装置的微生物燃料电池装置示意图