[实用新型]一种微生物燃料电池生物电催化逆转化反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于工业废气处理与控制技术领域，具体涉及一种微生物燃料电池生物电催化逆转化反应器。

背景技术

随着经济建设、社会发展、国防建设和工业生产等方面的迅速发展，各途径产生的烟气急剧增加。由于烟气的排放量大，温度较高，携带粉尘多，含湿量大，含有腐蚀性气体，并含有重金属等其他污染物，这些特点导致烟气处理非常困难。而日益限制的石油价格波动以及供应短缺促使代替燃料资源的急需。与国外发达国家相比，我国烟气环保工作尚处于以治理“三废”为内容、达标排放为目标、综合治理为手段的阶段。烟气中排放大量的CO₂是导致温室效应的主要原因，SO₂产生酸雨以及NOx导致的种种污染是我们面临的严重问题。对于SO₂排放量的控制刚刚起步，NOx、挥发性有机物及二噁英、重金属和CO₂减排与控制还未进行。

降低大气中CO₂浓度的方法中，较为受关注的有CO₂的捕集、运输和埋存三个环节的系统技术（CCS）；但此技术需要额外的能量消耗，同时安全性和对生态的破坏也使得其大战受到挑战。目前研究的最多的CO₂还原的方法主要有热化学还原、电化学还原、生物还原和光催化还原等等。热化学还原需要高温高压，而且在还原的过程中还会产生CO₂。电化学还原法在常温常压下便能获得较好的转化率，是当前研究得较多的方法，但是电化学还原较高活性及良好转化率的电极材料，耗材耗能大。光催化还原是CO₂转化和利用的创新技术，利用太阳能激发半导体光催化材料产生光生电子空穴，以诱发氧化还原反应，将CO₂和H₂O合成碳氢燃料。该方法虽然环保节能，但是产率较低，速度较慢。微生物法固定CO₂实质上是微生物中的某些酶在生物体内一系列的催化反应，但微生物固定CO₂有一些瓶颈问题，如细胞生长速度慢、密度低，可用的菌种资源有限，催化氧化过程需要还原性辅酶参与。酶法固定CO₂存在酶种类少、途径单一、转化效率低等缺点。

微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是利用微生物氧化还原反应中产生的电子，通过电子传递链传递到燃料电池的电极上，从而产生电流，是一个将生物化学能转化为电能的过程。利用微生物燃料电池可以在处理污染物的同时产生电能或产生所需要的生物燃料和化学品。在MRC的微生物电化学催化环境下，原来的环境污染物再次成为资源，通过微生物电合成过程，形成新的生物化学产品。MFC的微生物电合成是将微生物细胞作为生物合成反应的催化剂进行应用。因此，微生物群落可以提供电流或在微弱电流驱动下，促进和支持生物化学品或生物燃料的产生。其氧化还原反应的例子有：CO₂合成醋酸、延胡索酸转化为琥珀酸以及葡萄糖发酵增产谷氨酸和甘油转化为乙醇等。由于在转化过程中，MFC具有能量转化率高、燃料多样化、操作条件温和、安全无污染等优点，同时使得原来的环境污染物变为资源，为国家走可持续发展道路提供巨大推动而得到广泛的关注。但是现有技术中，没有关于MFC处理烟气CO₂的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决上述问题而提供了一种能有效净化烟气CO₂的装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种微生物燃料电池生物电催化逆转化反应器，包括壳体，所述壳体上端开有出气口和两个连接口，所述壳体下端开有进气口，所述壳体的一侧开有出水口和进水口，所述壳体内安装有电极，所述电极的阳极和阴极通过所述两个连接口连接，所述壳体内充满培养基混合液。

进一步地，所述电极的阳极和阴极之间安装有膜材料。

优选地，所述膜材料为碳纤维质子交换膜。

优选地，所述电极的阳极和阴极为卷筒式。

进一步地，所述电极的阳极和阴极为纳米管阵列多孔改性碳电极，所述纳米管阵列多孔改性碳电极具有生物亲和性。

进一步地，所述培养基混合液由菌种混合液和培养液组成。

更进一步地，所述菌种混合液为Clostridium菌液、Enterobacter菌液以及Rhodoferax菌液其中的一种。

优选地，所述壳体的材料为有机玻璃或者玻璃。

本实用新型具有以下优点：