一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池及方法技术

一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池及方法，包括六棱柱多阴极反应器，六棱柱多阴极反应器包括反应池，反应池内部填充有反应液，六棱柱多阴极反应器的每个面上设置有阴极，内部放置有阳极和活性炭，阳极和活性炭设于反应液中，活性炭置于阳极和阴极之间，阳极和阴极通过导线相连，六棱柱多阴极反应器外侧设置有气室，气室内部设有NO和O2混合气体，阴极的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2的混合气体接触，本发明专利技术能够以有害气体NO和O2的混合气为电子受体的六棱柱多阴极微生物燃料电池，此种MFC不仅能够输出电能，还能够在去除废水中有害化合物的同时去除废气中的有害物质，为解决环境污染问题和回收废水中的能量提供了很好地途径。

A Multi-cathode Microbial Fuel Cell with NOx Removal and Productivity

【技术实现步骤摘要】
一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池及方法
本专利技术涉及能源及环境化学微生物燃料电池
，特别涉及一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池及方法。
技术介绍
微生物燃料电池(MFC)是一种能够在处理废水时同时产电的装置。MFC将阳极室内的有机物氧化分解产生质子和电子，然后质子进入阴极室内，电子通过外电路传至阴极的电子受体，从而进行氧化还原反应，实现了同步进行电能的生产和污染物的去除。已有研究中，MFC阴极电子受体主要分两类，一类是空气中的氧气，另一类是废水中具有氧化性的污染物。以含有NO和NO2(统称NOx)的有害气体为阴极电子受体且能高效去除NOx的研究还鲜有报道。NOx的浓度在很多工业化的国家亟待降低，但经济的飞速发展使得NOx的浓度很可能大幅升高。氮氧化物(NOx)不仅易形成酸雨，破坏建筑，农作物和水生生物；还会导致光化学烟雾的发生。目前，工业上通常用添加氨等还原剂通过选择催化氧化的的方式来去除NOx。然而，这种方法存在很多缺点，如高温，催化剂失活，氨泄漏和高运行成本等。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池及方法，该电池是能够以有害气体NO和O2的混合气为电子受体的六棱柱多阴极微生物燃料电池(MFC)，此种MFC不仅能够输出电能，还能够在去除废水中有害化合物的同时去除废气中的有害物质，为解决环境污染问题和回收废水中的能量提供了很好地途径。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，包括六棱柱多阴极反应器，所述的六棱柱多阴极反应器包括反应池1，所述的反应池1内部填充有反应液，六棱柱多阴极反应器的每个面上设置有阴极4，内部放置有阳极3和活性炭5，阳极3和活性炭5设于反应液中，活性炭5置于阳极3和阴极4之间，所述的阳极3和阴极4通过导线6相连，导线6上连有1000欧姆电阻，六棱柱多阴极反应器外侧设置有气室2，气室2内部设有NO和O2混合气体，所述的阴极的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2的混合气体接触。所述的阳极3为碳刷，阴极4为碳纤维布基体和粘附在基体上的Pt/C催化剂，阴极4的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2混合气体接触。所述的活性炭5置于反应池中，阳极3和阴极4之间。所述的导线6通过外部回路将阳极3和阴极4连接，导线6上连有1000欧姆电阻。所述的气室2上设有进口2-1和出口2-2，进口2-1处连接有混气仪7，出口2-2处连接有傅里叶红外光谱仪8。所述的混合气体中包含有Ar。所述的NO的体积在混合气体中的占比为0.01％、0.025％、0.04％、0.06％、0.08％和0.1％，所述的O2的体积在混合气体中的占比为5％，10％和20％，其余为Ar，混合气体的体积百分数之和为100％。所述的气室2为圆柱形结构，位于六棱柱多阴极反应器外侧。一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池的使用方法，将废水通入微生物燃料电池中，使得阴极4一端与废水接触，一端与NO和O2的混合气体接触，即采用NO和O2的混合气体作为阴极电子受体，去除废水中的有害化合物。本专利技术的有益效果：本专利技术将NO和O2共同作为MFC的阴极电子受体，使得六棱柱多阴极微生物燃料电池NOX去除率提高。本专利技术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，本专利技术用于NOx有害气体去除时最高去除率可达80％。附图说明图1是实验装置流程图。图2是NO浓度对NOX去除率的影响。图3是O2浓度对NOX去除率的影响。图4是气体流速对NOX去除率的影响。图5是通气时间对NOX去除率的影响。图6是六棱柱多阴极微生物燃料电池电压示意图。图7是六棱柱多阴极微生物电池燃料功率密度示意图。图8是六棱柱多阴极微生物燃料电池阴极稳定性示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示：本专利技术六棱柱多阴极微生物燃料电池是在传统的空气阴极MFC的基础上改变为六棱柱构型，阴极置于六棱柱多阴极反应器每一个面上，将活性炭5添加在反应池内，阳极3和阴极4之间，并增加了一个外加气室2，将O2和NO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。本专利技术的六棱柱多阴极微生物燃料电池一般包括阳极3、阴极4、活性炭5、导线6通过外部回路将阳极3和阴极4连接，导线6上连有1000欧姆的电阻；阳极3为碳刷，阴极4为碳纤维布基体和粘附在基体上的Pt/C催化剂，阴极4的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2混合气体接触。混合气体中还包含有Ar，通过Ar来调节NO的含量，在本专利技术中，NO的体积在混合气体中的占比为0.01％、0.025％、0.04％、0.06％、0.08％和0.1％，O2的体积为5％，10％和20％，其余为Ar，混合气体的总体积为100％。NO和O2的混合气体填充在气室中，气室2上设有进口2-1和出口2-2，进口2-1处连接混气仪7和气源，源自钢瓶的NO，O2，Ar首先进入混气仪7，NO和O2被配制成一定的浓度进入MFC反应器的气室，流速设为60mL/min，然后从气室2的出气口流出。本专利技术还给出一种从废水中除去有害污染物的方法，该方法是将废水同通途微生物燃料电池中，使得阴极一端与废水接触，一端与NO和O2的混合气体接触，即采用NO和O2的混合气体作为阴极电子受体，去除废水中的有害化合物(如碳水化合物等)。以含NOx的有害气体作为MFC阴极电子受体，直接从阴极获得电子，则无需外加还原剂，并可在处理NOx有害气体的同时将电能输出，这对处理含NOx的废气具有重大意义。由于工业废气中不仅含有NO，还混有空气中的O2，因此本专利以NO和O2的混合气体作为MFC的电子受体。本专利技术以NO和O2混合气体为MFC阴极电子受体，MFC对NOx的最高效率可达80％，且MFC的功率密度可达3.0W/m3，在1000Ω外阻下，MFC的电压为510mV。本专利技术提供了一种去除NOx有害气体的方法，实现了基于MFC处理NOx有害气体和利用有害气体进行产能的双重目的。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围内。实施例1如图1所示，本实验的六棱柱多阴极微生物燃料电池包括反应池1、气室2、阳极3、阴极4、活性炭5、附着在阳极上的微生物、连接导线6和作为阴极电子受体的NO和O2的混合气体；1、3、4、5、6共同构成六棱柱多阴极反应器。反应池1中填充有反应液，气室2置于六棱柱多阴极反应器外部，NO和O2的混合气体设于气室2内；阳极3设于反应液中，阴极4一侧与反应液接触，活性炭5置于反应液中，阳极3和阴极4之间，阴极的另一侧与NO和O2的混合气体接触，连接导线6通过外部回路将阳极3和阴极4连接，导线6上连有1000欧姆的电阻，气室2设有进口2-1和出口2-2，进口2-1处连接有混气仪7，出口2-2处连接有傅里叶红外光谱仪8。将钢瓶中的NO、O2和Ar首先进入混气仪7，设定混气仪的参数；混合气总流量为60mL/min，通气时间为240min，NO浓度为0.1％，O2浓度为10％，其余用Ar补充。通过混气仪的混合气从M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，其特征在于，包括六棱柱多阴极反应器，所述的六棱柱多阴极反应器包括反应池(1)，所述的反应池(1)内部填充有反应液，六棱柱多阴极反应器的每个面上设置有阴极(4)，内部放置有阳极(3)和活性炭(5)，阳极(3)和活性炭(5)设于反应液中，活性炭(5)置于阳极(3)和阴极(4)之间，阳极(3)和阴极(4)通过导线(6)相连，导线(6)上连有1000欧姆电阻，六棱柱多阴极反应器外侧设置有气室(2)，气室(2)内部设有NO和O2混合气体，所述的阴极的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2的混合气体接触。

【技术特征摘要】
1.一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，其特征在于，包括六棱柱多阴极反应器，所述的六棱柱多阴极反应器包括反应池(1)，所述的反应池(1)内部填充有反应液，六棱柱多阴极反应器的每个面上设置有阴极(4)，内部放置有阳极(3)和活性炭(5)，阳极(3)和活性炭(5)设于反应液中，活性炭(5)置于阳极(3)和阴极(4)之间，阳极(3)和阴极(4)通过导线(6)相连，导线(6)上连有1000欧姆电阻，六棱柱多阴极反应器外侧设置有气室(2)，气室(2)内部设有NO和O2混合气体，所述的阴极的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2的混合气体接触。2.根据权利要求1所述的一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，其特征在于，所述的导线(6)通过外部回路将阳极(3)和阴极(4)连接。3.根据权利要求1所述的一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，其特征在于，所述的阳极(3)为碳刷，阴极(4)为碳纤维布基体和粘附在基体上的Pt/C催化剂，阴极(4)的一侧与反应液接触，另一侧与NO和O2混合气体接触。4.根据权利要求1所述的一种兼具NOx去除和产能的多阴极微生物燃料电池，其特征在于，所述的活性炭(5)置于反应池内，阳极(3)和阴极(4)之间之间。5.根据权利要求1所述的一种兼具...

【专利技术属性】
技术研发人员：史昕欣，刘洋，马文翰，党小庆，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61