一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法，预处理水流通过进水口连续流入阳极室，进而流经所有阳极室，水中有机物在微生物催化作用下产生电子和质子，质子以阳极室间流道中的水流为载体迁移至阳极室，通过小孔涌进阴极室，使得阳极室组与阴极室组在装置内部电性连通，电子通过阳极室底部外接线路通道流经负载到达阴极，并使燃料电池装置在净化污水的同时产生电能。本发明专利技术可以根据实际需求进行无限扩充，阴极和阳极材料及其安装形式可以根据要求进行变换，使污水得以净化，同时产电。

Method for producing electricity and removing dirt by utilizing expanded continuous flow microbial fuel cell

The invention discloses a method for using the extension of MFC decontamination continuous microorganism, pretreatment of continuous flow into the anode chamber through the water inlet, and then flows through all the anode chamber, organic matter produced by electrons and protons in microorganisms under the catalysis of proton in the anode chamber between the channel water flow as the carrier to migrate to the anode chamber and through the hole into the cathode chamber, the anode chamber and the cathode chamber group group inside the device electrically connected with the anode chamber at the bottom, through the external circuit through the channel load to the cathode, and the fuel cell power generation device in sewage purification. The invention can be extended indefinitely according to the actual requirement, and the cathode and anode materials and the installation forms thereof can be changed according to requirements, so that the sewage can be purified and the electricity can be produced at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法
本专利技术涉及一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法。
技术介绍
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。微生物燃料电池的基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜等中间传递物质传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原并与质子结合成水。微生物燃料电池多采用双室型，即包括阳极室和阴极室，中间常采用质子交换膜隔开。虽然目前随着微生物燃料电池电极和反应器构型的不断改进，其单体能量密度增长迅速，但是仍然存在以下问题：电池能量密度低；可用作底物废水种类较为单一；电池多为间歇式工作，需要不断更换基底；电极材料结构单一，产电微生物量少，不利于能量产生；电池反应器装置结构复杂且不可扩充；各电池组间不能根据需求进行串并联，严重限制其实际推广与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上的不足，提供一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法。本专利技术的技术方案是：一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法，包括相间排布的阳极室和阴极室，阳极室内或阴极室内可安装不同材料电极，阳极室之间相通，阴极室之间相通，其中至少一组阳极室与阴极室之间相通，通道中均设有滤网，阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口，用于输入和排出有机污水，各阴、阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载，阴极室与外界空气连通，促进阴极反应，阳极和阴极电极皆为导电材料，电极浸没于流水中，阳极室外接导线连接为一体，与阴极室外接导线构成串联外接电路，预处理水流通过进水口连续流入阳极室，进而流经所有阳极室，水中有机物在微生物催化作用下产生电子和质子，质子以阳极室间流道中的水流为载体迁移至阳极室，通过小孔涌进阴极室，使得阳极室组与阴极室组在装置内部电性连通，电子通过阳极室底部外接线路通道流经负载到达阴极，并使燃料电池装置在处理污水的同时产生电能。该方法中的阳极室和阴极室皆为大小相等的正方体、相间排布并组合构成一个长方体装置，阳极室数目大于等于阴极室数目。本专利技术还公开了一种正多边形可拓展空气阴极微生物燃料电池装置，包括相装置外壳、装置密封盖及相间排布的阳极室和阴极室，阳极室内或阴极室内安装不同材料电极，阳极室间或阴极室间通过带滤网的流道连通，各流道旁设有挡板，各挡板可上下活动，阳极室间流道与阴极室间流道上下错开设置，其中至少一组处于装置最外侧相邻的阳极室与阴极室之间通过带挡板的小孔连通，各挡板可上下活动，小孔可以通过安装质子交换膜阻隔阳极液与阴极液，与之相对的一组处于装置最外侧相邻的阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口，用于输入和排出有机污水，装置外壳在各阴阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载，阳极室外接导线连接为一体，与阴极室外接导线进行串联构成外接电路，装置密封盖在阴极室上方开有小孔，使得阴极室与外界空气连通，促进阴极反应。阳极室和阴极室皆为大小相等的正多边形棱柱、二者相间排布并组合构成一个多边形棱柱装置，装置可以适应不同形状场地，阳极室数目大于等于所述阴极室数目。阳极室间或阴极室间通过带滤网的流道连通，各流道旁设有挡板，各挡板可上下活动，阳极室间流道与阴极室间流道上下错开设置。至少一组处于装置最外侧相邻的阳极室与阴极室之间通过带挡板的小孔连通，各挡板可上下活动，小孔可以通过安装质子交换膜阻隔阳极液与阴极液。若阳极室侧壁和底部基底材料皆为绝缘材料，底层设有导线接口，连接阳极电极和外电路。若阳极室侧壁材料为绝缘材料，底部基底材料上层为导电材料，则下层为绝缘材料，导线接口贯穿底部上下层，连接阳极电极和外电路。阴极室底层设有导线接口，连接阳极电极和外电路。阳极和阴极电极为碳刷、碳布、碳纸、活性炭颗粒等碳基材料，或是具有较好生物相容性的导电材料，或是生物阴极，电极浸没于流水中，电极最小单位的最小直径大于流道滤网最大口径。阳极室外接导线可以连接为一体，与阴极室外接导线构成串联外接电路。电池装置也可以将相邻阴阳极外接导线连接构成单一电池组，并将多个单一电池组并联得到最大外接电路电流。所述电池装置可以将相邻阴阳极室外接导线通过外电路连接构成单一电池组，并可以将多个单一电池组进行自由串并联，以达到不同输出效果。有机污水作为基底材料可以选用生活污水、工业废水和农业废弃物。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1）采用连续流工作模式，结构简单，不需要人工更换基底材料，大大降低电池内阻和制造维护成本，提高能源利用效率和电池能量密度；2)以生活污水、工业废水、农业废弃物或禽畜废弃物等各类有机污水为基质，在净化污水的同时产生电能；3)以具有较好生物相容性的导电材料或者绿色植物为电极材料，不仅价格低廉，而且产电过程中吸收二氧化碳，排出氧气，促进阴极反应的同时减少污染，是一种清洁能源生产装置；4)电池装置可根据实际应用需求进行尺寸调整，以使得整体外形适应不能形状外部环境，并可无限扩充，实际应用价值大；5)可以将相邻阴阳极外接导线连接构成单一电池组，并可以将多个单一电池组进行自由串并联，以达到不同输出效果。附图说明：图1为本专利技术中使用的奇数外壳的结构示意图。图2为本专利技术中使用的偶数外壳的结构示意图。图3为专利技术中阳极室和阴极室均为正三角形棱柱的局部立体结构示意图；图4为专利技术中阳阳极室和阴极室均为正五边形棱柱的结构示意图；图1中标号：1-阳极室（a-h）、2-阴极室（a-h）、3-装置外壳、4-阳极室间流道、5-阴极室间流道、6-流道两侧滤网、7-进水口、8-出水口、9-一组阴阳极室间通孔、10-外接线路通道、11-微生物燃料电池装置密封盖、12-密封盖上阴极室上方对应通孔、13-挡板；图中“+”代表阳极室，“-”代表阴极室。具体实施方式：为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面就本实施方式的一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法的使用方法进行详细的说明。[第一实施方式]本实施方式的微生物燃料电池装置外壳的一个例子如图1所示，包括阳极室1（a-e）、阴极室2（a-d）、装置外壳3、阳极室间流道4、阴极室间流道5、流道两侧滤网6、进水口7、出水口8、一组阴阳极室间通孔9和外接线路通道10。阳极室1（a-e）或阴极室2（a-d）皆为大小相等的正方体、相间排布并组合构成一个3×3长方体九宫格的装置外壳3，阳极室数目大于阴极室数目。阳极室1（a-e）间通过流道4连通，所述阴极室2（a-d）间通过流道5连通，阳极室间流道4与阴极室间流道5上下错开设置，阳极室间流道4和阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法，其特征在于：所述方法基于一种可拓展连续流微生物燃料电池装置进行，所述电池装置包括相间排布的阳极室和阴极室，所述阳极室内或阴极室内可安装不同材料电极，所述阳极室之间相通，所述阴极室之间相通，其中至少一组阳极室与阴极室之间相通，通道中均设有滤网，阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口，用于输入和排出有机污水，各阴、阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载，阴极室与外界空气连通，促进阴极反应，阳极和阴极电极皆为导电材料，所述电极浸没于流水中，阳极室外接导线连接为一体，与阴极室外接导线进行串联构成外接电路，预处理水流通过进水口连续流入阳极室，进而流经所有阳极室，水中有机物在微生物催化作用下产生电子和质子，质子以阳极室间流道中的水流为载体迁移至阳极室，通过小孔涌进阴极室，使得阳极室组与阴极室组在装置内部电性连通，电子通过阳极室底部外接线路通道流经负载到达阴极，并使燃料电池装置在处理污水的同时产生电能。

【技术特征摘要】
1.一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法，其特征在于：所述方法基于一种可拓展连续流微生物燃料电池装置进行，所述电池装置包括相间排布的阳极室和阴极室，所述阳极室内或阴极室内可安装不同材料电极，所述阳极室之间相通，所述阴极室之间相通，其中至少一组阳极室与阴极室之间相通，通道中均设有滤网，阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口，用于输入和排出有机污水，各阴、阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载，阴极室与外界空气连通，促进阴极反应，阳极和阴极电极皆为导电材料，所述电极浸没于流水中，阳极室外接导线连接为一体，与阴极室外接导线进行串联构成外接电路，预处理水流通过进水口连续流入阳极室，进而流经所有阳极室，水中有机物在微生物催化作用下产生电子和质子，质子以阳极室间流道中的水流为载体迁移至阳极室，通过小孔涌进阴极室，使得阳极室组与阴极室组在装置内部电性连通，电子通过阳极室底部外接线路通道流经负载到达阴极，并使燃料电池装置在处理污水的同时产生电能。2.根据权利要求1所述的一种利用可拓展连续流微生物燃料电池产电除污的方法，其特征在于：所述方法基于一种可拓展连续流微生物燃料电池装置进行，所述电池装置包括装置外壳、装置密封盖及相间排布的阳极室和阴极室，所述阳极室间或阴极室间通过带滤网的流道连通，各流道旁设有挡板，各挡板可上下活动，阳极室间流道与阴极室间流道上下错开设置，其中至少一组处于装置最外侧相邻的阳极室与阴极室之间通过带小孔的挡板连通，各挡板可上下活动，挡板上的小孔中通过安装质子交换膜阻隔阳极液与阴极液，与之相对的一组处于装置最外侧相邻的阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口，用于输入和排出有机污...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪红军，卓露，汪兴兴，吕帅帅，黄明宇，朱昱，周一丹，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32