[发明专利]一种阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统

权利要求书

1.一种阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池及焦化废水处理系统包括反应器、曝气装置和计算机数据采集系统；所述反应器为双室，阴极室设置曝气头曝空气，阴极为催化膜电极；两室之间为石英砂填充的中间室取代质子交换膜；阳极室中放置负载有产电微生物的活性炭颗粒，填充度75-85％，碳棒为导电阳极插入活性炭颗粒中，顶端密闭，有进水口；阴阳极之间连外电阻，阻值为1-1200Ω，外电阻连接数据采集系统，记录产生电压；阴极催化膜电极外连出水泵，由阴极催化膜过滤后出水。

2.根据权利要求1所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极催化膜的制备方法，步骤如下：

所述的阴极催化膜为电催化膜或光电催化膜，阴极催化膜中的催化材料是与阳极存在费米能级差的半导体材料或具有电催化活性的材料；通过选择导电基底或通过添加导电材料增加电极的导电性，实现电子传递；将催化材料与成膜材料混合刮膜于基底上制备平板膜，直接将催化材料原位生长于基底上，或添加粘结剂涂覆于基底上，得到阴极催化膜。

3.根据权利要求1或2所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极催化膜导电基底为不锈钢网、碳纤维布、泡沫镍或碳毡。

4.根据权利要求1或2所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的导电材料为碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯或铁粉，所述的成膜材料为聚偏氟乙烯或醋酸纤维素。

5.根据权利要求3所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的导电材料为碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯或铁粉，所述的成膜材料为聚偏氟乙烯或醋酸纤维素。

6.根据权利要求1、2或5所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极电催化膜中的电催化剂为MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的阴极光电催化膜中的半导体催化剂为TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，阴极室外添加紫外或可见光光源。

7.根据权利要求3所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极电催化膜中的电催化剂为MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的阴极光电催化膜中的半导体催化剂为TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，阴极室外添加紫外或可见光光源。

8.根据权利要求4所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极电催化膜中的电催化剂为MnO₂、CoFe₂O₄或FeOOH；所述的阴极光电催化膜中的半导体催化剂为TiO₂、g-C₃N₄、SiC或WO₃，阴极室外添加紫外或可见光光源。

9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的阴极室中添加浓度为10-200mg/L的过硫酸盐或过二硫酸盐促进硫酸根自由基产生，辅助阴极催化作用。

10.根据权利要求9所述的阴极催化膜耦合无膜微生物燃料电池用于焦化废水处理系统，其特征在于，所述的焦化废水的COD为200-2500mg/L，在启动反应器前通过稀释焦化废水驯化阳极微生物后进水处理，阴极膜通过蠕动泵驱动过滤，运行模式为间歇式或连续式，连续式水力停留时间6h-48h。