[发明专利]一种自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统及电极制备方法

说明书

本发明提供了一种自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统及电极制备方法，属于能源及污染废水治理技术领域。利用廉价材料通过两步水热法制备C‑ZnO/g‑C₃N₄/BrOBi四元光催化剂。利用C‑ZnO/g‑C₃N₄/BrOBi光催化电极作为阴极，微生物希瓦氏菌作为阳极，构建自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统，在不同光强下降解和处理染料、抗生素废水。本发明效果和益处是新型四元阴极光催化剂在耦合体系中将废水处理与产电和用电相结合，实现高效率低能耗的水污染控制。

技术领域

本发明提供了一种自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统及电极制备方法，属于能源及污染废水治理技术领域。

背景技术

随着环境污染治理技术的不断提升，能源方面的节约利用也成为一项环境污染治理领域中一项重要的指标。在污染废水治理领域中，微生物耦合光电催化燃料电池体系既保持了微生物燃料电池阳极的微生物作用，通过微生物的呼吸作用同化作用激发产生电子，电子经外电路传导至阴极；同时光电催化阴极材料在光激发下形成电子与空穴；与阳极传递来的电子形成回路，同时电子可活化氧气产生自由基，自由基与空穴均可氧化降解污染物。

光电化学电池(Photoelectrochemical cell，PEC)是降解有机污染物并且可产电再回收利用的有前景的方向，是解决能源危机和环境污染这两个问题的有前途的技术，现已被用于环境修复、太阳能转换和工业上生产氢等领域。但由于目前的阴极催化剂成本高，使用寿命短并且需要自加化学偏压等缺点。而光催化燃料电池(Photocatalytic fuelcell,PFC)是一种新型的应用高效的光催化净化废水的燃料电池技术。光催化燃料电池技术是利用光催化材料降解废水中有机污染物，从而使污水得以有效治理，并且同时可以自发的产电，无需外加偏压。光催化燃料电池同时也可以对空穴与电子对之间的复合的问题得以有效的解决。

微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是微生物技术与电池技术相结合的产物，利用微生物的代谢产物作为电极的活性物质，引起电极的电位偏移，增加了电位差，从而获得电能，即将有机物的化学能直接转变为电能。然而，由于有限的生物质保留，使其出水水质差，需要进一步处理污水，才能排放，增加了成本。

由于PFC体系中，虽具有高效的降解效率但产电性能的效果并不是很好；而MFC体系中的降解效率不高，但却由于微生物的代谢而形成的电子传递从而有高效的产电性能。现将PFC和MFC相结合，预各取其长，将二者优点得以有效的发挥。建立有效的微生物耦合光电催化燃料电池体系，既发挥了微生物燃料电池高产电量的优势，又能利用有效的光催化剂进行高效降解废水污染物。