一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法，其所述方法是设置两个MFC串联为MEC供电的封闭系统，MFC与MEC的阳极利用电活性微生物处理有机废水并产生电子；MFC的阴极还原Hg2+为单质Hg并回收；MEC的阴极还原H+并原位储存。本发明专利技术在处理有机废水、含汞废水并回收重金属汞的同时，实现了微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢，为单质汞的回收和原位利用MFC产生的电能提供了一条有效途径，也为无额外电能输入并集产氢储氢于一体的MEC的应用提供了广阔的前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用微生物燃料电池从含有Hg2+的工业废水中回收单质汞并产电驱动微生物电解池制氢并储氢的方法。技术背景当今社会迫切需要各种废物的有效处置和新型清洁能源的有效开发。氢气是一种清洁、高效且可再生的能源，然而传统的制氢技术需要消耗大量的化石燃料或电能，生产成本较高，且在使用过程中，有效的储存成为氢气利用的关键。微生物燃料电池MFC和微生物电解池MEC是近年来开发的以电活性微生物为催化剂，利用废水中的有机物为燃料产电或制氢的新技术，有望成为未来有机污染物控制与资源化利用的两项重要技术。MFC能够自发的产生电能，而MEC能够在外加少量电能0.2V~0.7V的情况下产生氢气。利用能够产生电能的MFC驱动需要少量外加电能的MEC，可在原位利用MFC产生的电能的同时产生清洁能源氢气，并利用二者的阳极微生物去除废水中的有机污染物，整个过程清洁，是社会可持续发展的必然要求。在MFC产电过程中，阴极电子受体是影响电能输出的关键。O2是最常用的阴极电子受体，但由于动力学因素的影响，通常需要使用高效稳定的催化剂对阴极氧还原反应进行催化。长期以来，贵金属铂被认为催化氧还原反应最为高效和稳定的催化剂。但Pt的昂贵价格及其在自然中有限的储量极大的限制了以氧气为电子受体的MFC的大规模开发和应用。经研究证明，一些具有较高氧化还原电势的氧化剂，如高锰酸钾、铁氰化钾、重铬酸钾等作为阴极电子受体能够大幅度提高MFC的输出功率，但使用时需要不断补充才能够保持较高的功率输出。而且有些反应的产物具有毒性，外排至环境中会引起水体污染。Hg2+具有较高的氧化还原电势，被还原为Hg单质时的氧化还原电位为0.854V，远远高于铁氰化钾的氧化还原电位0.36V。含汞废水对环境和人类都有很大危害。传统的治理方法都有一些缺点，如中和法和溶剂萃取法会造成二次污染，离子交换法会吸附水中的矿物质。如果将含汞废水用作MFC的阴极电子受体，即可使MFC输出较高电压，又能回收单质汞，获得一举二得之效。为了降低MEC产氢所需的电压，阴极材料需要具有良好的化学稳定性和较低的析氢过电位。而在氢能利用的过程中，氢的高效、安全储存和运输是其主要瓶颈之一。现存储氢方法大致分为5种 , 即液态储氢、高压储氢、有机化合物储氢、金属化合物储氢和吸附储氢，存在明显的缺陷：需要有一个庞大的氢气基础设施，成本高、经济性差等问题，离实现商业化应用还有很大的距离。而且氢气大规模制备、输送及加注等配套基础，建设成本大、周期长。现有制氢工艺与储氢技术多为高排放、低能效的过程, 原子经济性差, 不具有可持续性. 并且随着能源领域对氢气需求的加剧, 来源的可持续性与储运的高效、灵活性等问题逐日显现, 成为阻碍氢能体系构筑与完善的关键因素。 MOF多孔材料、碳纳米管和二硫化钼纳米管是典型的储氢容量很高的储氢材料，且具有良好的催化活性，在制氢储氢方面具有广阔的应用前景。因此，在现有技术的基础上，整合开发一种集处理有机废水、含汞废水并回收重金属汞以及制氢储氢一体化的项目是非常及时的，也是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的具体技术问题是：将微生物燃料电池MFC与微生物电解池MEC进行耦合，实现处理有机废水、含汞废水、回收重金属汞以及制氢储氢一体化，并提供一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法。上述目的是通过以下技术方案来实现的。一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法，其所述方法是设置由两个MFC串联为MEC供电的封闭系统，在处理有机废水、含汞废水并回收重金属汞的同时，实现微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢。进一步地，其所述方法是在两个MFC串联为MEC供电的封闭系统中，MFC与MEC的阳极利用电活性微生物处理有机废水并产生电子；MFC的阴极还原Hg2+为单质Hg并回收；MEC的阴极还原H+并原位储存；所述MFC与MEC的阳极液是由浓度为0.5~3g/L的有机物、0.021~0.084mol/L的NaH2PO4·2H2O、0.029~0.116mol/LNa2HPO4·12H2O、0.31g/L的NH4Cl、0.13g/L KCl和20ml/L的其他微量元素构成；所述MFC的阴极液是含有0.001~0.1mol/LHg2+的工业废水，并用硝酸调节pH值在1~3范围内；所述MEC的阴极液是酸性废水；所述MFC与MEC的阳极是碳毡，每个阳极室设置有三组平行排列的碳毡，每个碳毡通过多根细铜丝与外电路相连；所述MFC的阴极是不锈钢网；所述MEC的阴极是负载有MOF的多孔材料、碳纳米管或二硫化钼纳米管的碳毡、石墨板或泡沫镍；所述MFC与MEC的阳极与阴极由双极膜隔开，整个系统运行温度为室温。进一步地，附加技术特征方案如下。所述MFC和MEC是以产电模式启动，且启动时直接以Hg2+为电子受体。所述电活性微生物是污水处理厂的曝气池污泥、厌氧池污泥或是生活污水。所述有机物是乙酸钠、葡萄糖和淀粉中的一种。所述MFC阴极还原的Hg2+是硝酸汞或是氯化汞。所述其他微量元素是CaCl2 0.5g/L；MgSO4 0.6g/L；NaCl 0.1g/L；FeSO4 0.3g/L；MnSO4 0.038g/L；AlCl3 0.025g/L；(NH4)6Mo7O24 0.15g/L；H3BO3 0.05g/L；NiCl2·6H2O 0.005g/L；CuCl2 0.027g/L；ZnCl2 0.05g/L；CoCl2·2H2O 0.05g/L。所述MFC的输出电压是随MFC阴极液中Hg2+的浓度增大而增大。所述双极膜是由阳膜/阴膜构成，其制备方法如下：（1）称取2.0 g~10.0 g 醋酸纤维素钠或羧甲基纤维素钠与3.0 g~10.0 g聚乙烯吡咯烷酮混散于烧杯中，用蒸馏水加热搅拌溶解后流延于平整的玻璃板上，在烘箱中20~50℃干燥成膜，并采用重金属离子交联5~30分钟，然后用含有阴离子基团的溶液浸泡5~30分钟，室温晾干，获得厚度为50μm阳膜；（2）称取2.0 g ~10.0 g壳聚糖或者聚酰亚胺与3.0 g~10.0 g聚乙烯吡咯烷酮混散于烧杯中，用0.25%~2.0%的醋酸水溶液加热搅拌溶解，加入醛类交联剂交联5~20分钟，然后倾倒于上述步骤（1）中的阳膜上，获得厚度为50μm的阴膜，室温晾干，即获得厚度为100μm的双极膜； 其中，所述重金属离子是Ti4+或Sn2+；所述阴离子基团是-PO4、-HSO3或-COOH；所述醛类交联剂是戊二醛、丁二醛或丙二醛。实现上述本专利技术所提供的一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法，是利用微生物燃料电池MFC提供电能促进微生物电解池MEC制氢并储氢，以实现有机废水及含汞废水处理、回收重金属汞及制氢储氢一体化。与现有技术相比，整个系统不消耗任何能源，无贵金属，制作成本较低；在处理有机废水和含汞废水的同时产电制氢并原位储存，无需专门的储氢装置，实现了制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法，其所述方法是设置由两个MFC串联为MEC供电的封闭系统，在处理有机废水、含汞废水并回收重金属汞的同时，实现微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢。
【技术特征摘要】
1.一种微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法，其所述方法是设置由两个MFC串联为MEC供电的封闭系统，在处理有机废水、含汞废水并回收重金属汞的同时，实现微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢。
2.如权利要求1所述的方法，其所述方法是在两个MFC串联为MEC供电的封闭系统中，MFC与MEC的阳极利用电活性微生物处理有机废水并产生电子；MFC的阴极还原Hg2+为单质Hg并回收；MEC的阴极还原H+并原位储存；
所述MFC与MEC的阳极液是由浓度为0.5~3g/L的有机物、0.021~0.084mol/L的NaH2PO4·2H2O、0.029~0.116mol/LNa2HPO4·12H2O、0.31g/L的NH4Cl、0.13g/L KCl和20ml/L的其他微量元素构成；所述MFC的阴极液是含有0.001~0.1mol/LHg2+的工业废水，并用硝酸调节pH值在1~3范围内；所述MEC的阴极液是酸性废水；
所述MFC与MEC的阳极是碳毡，每个阳极室设置有三组平行排列的碳毡，每个碳毡通过多根细铜丝与外电路相连；所述MFC的阴极是不锈钢网；
所述MEC的阴极是负载有MOF多孔材料、碳纳米管或二硫化钼纳米管的碳毡、石墨板或泡沫镍；
所述MFC与MEC的阳极与阴极由双极膜隔开，整个系统运行温度为室温。
3.如权利要求1或2所述的方法，其所述MFC和MEC是以产电模式启动，且启动时直接以Hg2+为电子受体。
4.如权利要求2所述的方法，其所述电活性微生物是污水处理厂的曝气池污泥、厌氧池污泥或是生活污水。
5.如权利要求2所述的方法，其所述有机物是乙酸钠、葡萄糖和淀粉中的一种。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：梁镇海，代红艳，赵煜，杨慧敏，刘宪，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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