一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，属于环保和新能源领域，它包括阴极槽和阳极槽，其特别之处在于：阴极槽和阳极槽通过分离器分隔，分离器呈下部开有通孔的板状；阴极槽内设有阴极电解液和阴极电极，阳极槽内设有阳极电解液和阳极电极，阳极电极、外用电阻和阴极电极依次通过导线连接；阴极槽和阳极槽上部与空气接触处分别种植有高等水生植物。本发明专利技术中，高等水生植物的种植成本很低，且整个装置无需采用价格高昂的选择性透过膜和传统的负载贵金属如铂、金等阴极电极材料，极大地降低了制造成本；该装置应用于污水处理等污染物净化工作时，运行周期长、维护简单、去污能力强、污染物降解效果好，且充分利用了太阳能，产电功率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环保和新能源领域，具体地指一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置。
技术介绍
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，以下简称MFC)遵循生物电化学作用原理，通过微生物将污水中污染物降解，并直接将污染物中的化学能转化为电能。该技术为废弃物处理和可再生能源生产提供了一条优良途径，在废水处理、固体废弃物处置、污染环境修复、环境传感器应用等方面具有十分广阔的发展前景(杨永刚，孙国萍，许玫英. 2010.微生物燃料电池在环境污染治理中的应用进展，微生物学报.50(7): 847-852;黄丽萍，成少安.2010.微生物燃料电池生物质能利用现状与展望.生物工程学报，26(7): 942-949)。目前公知的微生物燃料电池装置，依据构型主要分为单室式和双室式两大类。其中，双室式微生物燃料电池装置主要由阳极槽(Anode)、阴极槽(Cathode)和选择性透过膜 (Selective membrane)三部分构成(孔令才，周顺桂，赵华章等.厌氧折流板式微生物燃料电池堆影响因素研究.环境工程学报，2010,4(1): 2146)，工作原理是阳极微生物通过厌氧呼吸或发酵作用分解有机物，释放出电子，然后传递到阴极，并在生物或非生物催化作用下完成电子受体(如氧气、硝酸盐等)的还原反应，并源源不断地产生电流。目前公知的微生物燃料电池装置的阳极槽主要有两类，一类是主要由产电微生物混合液、阳极电极等组成，另一类是由高等植物、阳极电解液、阳极电极等组成。目前公知的微生物燃料电池装置的阴极槽主要有两类，一类是主要由阴极电解液、阴极电极组成，另一类是由低等植物、阴极电解液、阴极电极等组成。公知的微生物燃料电池装置的选择性透过膜主要是质子交换膜、反渗透膜或离子交换膜等半渗透性分离膜。目前公知的由高等植物构成阳极槽(半电池)的MFC，由Strik所在课题组2008年首次报道(Strik, D. P. B. T. B. , Hamelers, H. V. M. , Snel, J. F. H. , Buisman, C. J. N., 2008. Green electricity production with living plants and bacteria in a fuel cell. International Journal of Energy Research, 32(9) : 870 876)。该课题组先后研究了四种不同类型的大型水生植物为电池阳极构建的MFC的产电特性、植物生长以及微生物群落，在仅仅2 3年之内，最大产电功率就由2008年的33mW/m2提高到2010年的 222mW/m2，增长了 6 7倍。该课题组研究认为大型水生植物一微生物燃料电池最大产电功率理论上还应该可以增长上10倍之多，极有可能成为一种可持续产生绿色电能的实用技术。其初衷是为了更高效的利用太阳能，基本方法是通过构建异养细菌一植物原位微生物燃料电池，可以在不收割植物的前提下，结合光合作用，利用太阳能，源源不断的产生生物电流清洁能源。目前公知的由低等植物构成阴极槽(半电池)的MFC，由i^eng Yujie等研究(Xin Wang, Yujie Feng, Jia Liuj He Leej Chao Li，Nan Li，Nanqi Ren. 2010. Sequestration of CO2 discharged from anode by algal cathode in microbial carbon capture cells (MCCs). Biosensors and Bioelectronicsj 2010(25): 2639 - 2643)。该 MFC以低等水生植物小型藻类如蓝藻、绿藻等为生物阴极，其主要目的是通过藻类光合作用向好氧型生物阴极提供氧气或者还原捕获C02。由此可知，目前利用水生植物构建的微生物燃料电池装置，一类是将高等植物根区作为电池的阳极槽系统，目的是利用根区分泌物解决MFC的燃料投加问题；另一类是直接将低等水生植物藻类(如蓝藻、绿藻)构建生物阴极型微生物燃料电池装置，其实质是利用藻类光合作用产氧构建好氧型生物阴极微生物燃料电池装置而还原C02。由于现有微生物燃料电池需要用到昂贵的选择性透过膜和钼、金等贵金属电极材料，所以成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，其无需使用选择性透过膜和贵金属电极，制造成本低，且去污效率和产电功率不逊于传统微生物燃料电池。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极槽和阳极槽，其特别之处在于所述阴极槽和阳极槽通过分离器分隔，所述分离器呈下部开有通孔的板状；所述阴极槽内设有阴极电解液和阴极电极，所述阳极槽内设有阳极电解液和阳极电极，阳极电极、外用电阻和阴极电极依次通过导线连接；所述阴极槽和阳极槽上部与空气接触处分别种植有高等水生植物。上述技术方案中，所述分离器下端的通孔为广100排，每排通孔为广1000个，通孔的孔径为广200mm。上述技术方案中，所述高等水生植物为水甜茅、大米草、野古草、花叶芦荻、美人蕉、菖蒲、芦苇、象草中的至少一种。上述技术方案中，所述阴极电极为多孔导电材质的电极。进一步地，所述阴极电极为碳材料或泡沫镍材质的电极。上述技术方案中，所述阳极电极为碳材料、导电聚合物、纳米线、导电聚合物/碳纳米管复合材料或不锈钢网材质的电极。进一步地，所述碳材料为碳纸、碳布、碳刷、碳颗粒、碳毡、活性碳纤维、碳纳米管中的一种。上述技术方案中，所述阴极槽和阳极槽内还设有填料，所述填料为非金属矿物材料、活性炭颗粒或固体废弃物中的至少一种。本专利技术的有益效果在于(1)高等水生植物的种植成本很低，且整个装置无需采用价格高昂的选择性透过膜和传统的负载贵金属如钼、金等阴极电极材料，极大地降低了制造成本；(2)该装置应用于污水处理等污染物净化工作时，运行周期长、维护简单、去污能力强、污染物降解效果好；(3)阴极槽和阳极槽均种植有高等水生植物，能够充分利用太阳能，其产电功率高，更好地实现了资源可再生利用；(4)非金属矿物材料、活性炭颗粒或固体废弃物等填料的设置，一方面可为微生物提供载体，另一方面具有吸附作用，能够进一步净化污水。附图说明图1为本专利技术一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置一个实施例的结构示意图。图中1 一阴极槽，2—阳极槽，3—分离器，4一导线，5—外用电阻，6—高等水生植物，7—填料，8—阴极电极，9一阳极电极。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的三个具体实施例作进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术的一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置包括阴极槽1、阳极槽2、分离器3、导线4、外用电阻5和高等水生植物6。阴极槽1为空腔，腔内装有填料7、阴极电解液和阴极电极8，上部与空气接触处种植有高等水生植物6。阳极槽 2也为空腔，腔内装有填料7、阳极电解液和阳极电极9，上部与空气接触处也种植有高等水生植物6。阴极槽1和阳极槽2内种植的高等水生植物6可以相同，也可以不同。阴极槽1 和阳极槽2由分离器3分隔，分离器3呈下端开有通孔的板状，根据整个本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极槽（１）和阳极槽（２），其特征在于：所述阴极槽（１）和阳极槽（２）通过分离器（３）分隔，所述分离器（３）呈下部开有通孔的板状；所述阴极槽（１）内设有阴极电解液和阴极电极（８），所述阳极槽（２）内设有阳极电解液和阳极电极（９），阳极电极（９）、外用电阻（５）和阴极电极（８）依次通过导线（４）连接；所述阴极槽（１）和阳极槽（２）上部与空气接触处分别种植有高等水生植物（６）。
【技术特征摘要】
1.一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极槽(1)和阳极槽(2)， 其特征在于所述阴极槽(1)和阳极槽(2)通过分离器(3)分隔，所述分离器(3)呈下部开有通孔的板状；所述阴极槽(1)内设有阴极电解液和阴极电极(8)，所述阳极槽(2)内设有阳极电解液和阳极电极(9)，阳极电极(9)、外用电阻(5)和阴极电极(8)依次通过导线(4) 连接；所述阴极槽(1)和阳极槽(2)上部与空气接触处分别种植有高等水生植物(6)。2.根据权利要求1所述的一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，其特征在于所述分离器(3)下端的通孔为广100排，每排通孔为广1000个，通孔的孔径为广200mm。3.根据权利要求1或2所述的一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置， 其特征在于所述高等水生植物(6)为水甜茅、大米草、野古草、花叶芦荻、美人蕉、菖蒲、芦苇、象草中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的一种人工湿地水生植物电极的微生物燃料电池装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏世斌，吴振斌，潘蓉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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