[发明专利]以NO和O2混合气体为阴极电子受体的微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于能源及环境化学领域，具体涉及气体污染物的去除及微生物燃料电池产能的提高。

背景技术

微生物燃料电池(microbial fuelcell，MFC)是一种利用微生物的催化作用，将污水中有机物的化学能转化为电能的电化学装置，具有能量转换效率高、环境友好、可靠性高及可持续发电等优点。在MFC中，附着在阳极表面的微生物具有胞外直接传递电子的能力，能在自身新陈代谢时催化有机生物分解并释放电子和质子，电子通过外电路传递到阴极，质子通过溶液从阳极扩散到阴极，阴极氧化剂得到电子形成电池回路。由MFC的工作原理知，MFC可以同时实现能源回收、污染物去除等目的。

在已有的研究中，对于MFC阳极微生物的产电机理和微生物降解有机污染物的机理的研究很广泛和深入。对于MFCs阴极反应的研究还较少。NOx是工业烟气的主要成分，对环境和人类有很大的危害，如将NOx用做MFC的阴极电子受体，则可能在去除NOx的同时将废气中的能量转化为电能，并且产能可能高于以O₂为电子受体的MFC。目前，已发现多种物质可在阴极被还原，但是极少研究证明NO可在MFC系统内直接被利用，同时反应过程不明确。若NO可以作为MFC阴极电子受体，或许可实现“以废治废”和提高MFC产能的双重目的，这将对目前我国大气脱硝技术研究具有重大意义。此外，由于大部分含NO的有害气体中，如烟气和硝酸厂工业尾气，不仅含有NO，还含有一定浓度的氧气，因此，研究NO和O₂共同为阴极电子受体时MFC的产能情况更具现实意义。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种以有害气体NO和O₂的混合气为电子受体的高产能微生物燃料电池(MFC)，此种MFC在输出电能的同时还可去除废水中的有害化合物，为解决环境污染问题和回收废水中的能量提供了很好的途径。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种微生物燃料电池，包括反应池、阳极、阴极、附着在阳极上的微生物和连接导线，所述的反应池中填充有反应液，所述的连接导线通过外部回路将阳极和阴极连接；所述的阳极设于反应液中，所述的阴极一侧与反应液接触；还包括气室，所述的气室连接在反应池靠近阴极的一侧，所述的气室内填充有NO和O₂的混合气体，所述的混合气体与阴极的另一侧接触。

进一步的，所述的气室上设有进口和出口，进口处连接有混气仪，出口处连接有傅里叶红外光谱仪。

进一步的，所述的混合气体中包含有Ar或N₂。

进一步的，所述的NO的体积在混合气体中的占比为0.1％～1.0％，所述的O₂的体积在混合气体中的占比为3％～20％，其余为Ar或N₂，混合气体的体积百分数之和为100％。

进一步的，混合气中NO体积为1.0％，O₂体积为20％。

进一步的，所述的阳极为碳刷，阴极为碳纤维布基体和贴附在基体上的Pt/C催化剂。

从废水中除去有害化合物的方法，将废水通入上述微生物燃料电池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将NO和O₂共同为MFC阴极电子受体，使得微生物燃料电池的电压可提高47％，最大功率密度可提高70％，可以显著提高MFC产能；并且本发明也提供了一种去除废水中有害化合物的方法，取得了废水处理和利用有害气体提高MFC产能的双重效果。

附图说明

图1是实验装置流程图。

图2是NO浓度对MFC电压的影响。

图3是O₂浓度对MFC电压的影响。

图4是NO浓度对MFC功率密度的影响。

图5是NO浓度对MFC阴/阳极电位的影响。

图6是COD去除率随时间的变化。

附图中各标号的含义：1-反应池，2-气室，3-阳极，4-阴极，5-连接导线，6-混气仪，7-傅里叶红外光谱仪；

(2-1)-进口，(2-2)-出口。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明微生物燃料电池是在在传统的空气阴极MFC的基础上，增加了一个气室2，将NO和O₂的混合气体通过气室与阴极4接触，作为MFC的阴极电子受体。