本发明专利技术公开了一种发电装置，具体地说，本发明专利技术涉及一种二氧化钛(TiO2)薄膜催化的废水有机物电池。本发明专利技术通过在导电玻璃上涂覆一层纳米级的TiO2薄膜做阳极，与阴极组成电池，既能处理废水中的有机物，又能实现生物能源的回收利用，转化为电能。该电池具有良好的能量转化效率，其性能大幅度优于现有微生物废水电池的性能，电流性能提高了约102～103倍。而且，电池结构简单，操作方便，控制容易，应用广泛。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发电装置，具体地说，本专利技术涉及一种二氧化钛(Ti02)薄膜催化的废水有机物电池。
技术介绍
近年来，随着人口激增和工业的迅猛发展，大量含有有毒有害的有机废水进入水体环境。根据2009年《中国环境状况公报》公布的统计结果，2009年，中国全年向环境排放各类废水高达589. 2亿吨，其中有机污染物以化学需氧量计，达到1277. 5万吨。大量废水排入环境，不仅造成了严重的环境污染，而且造成生态破坏。废水中的有机物还是重要的能源，按照日本能源协会的统计，全世界每年由于废水排放损失的有机质能达全世界每年所需全部能量的三分之一，世界每年由于废水排放所造成的有机物能源流失达130X 1018焦 耳，相当于全球全年所需全部能量的三分之一(450X1018焦耳)。目前，广泛采用的有机废水处理技术主要是好氧生物处理和厌氧生物处理；前者要消耗大量的能量，且运行费用高，后者运行费较低，但反应时间长，占地面积大。有机废水中的有机物又是能源，回收这些能源有助于克服传统污水生物处理的固有缺点，并从根本上缓解当今人类面临的水污染与能源短缺问题。通过设计一种电池，将废水中的有机物在电池中“燃烧”，把化学能转化为电能，则既可以实现有机物的处理，又可以直接快速实现能源的回收利用。根据原电池的反应原理，对于葡萄糖的分解反应C6H1206+602 = 6C02+6H20可以设计两个原电池的半反应阳极反应C6H1206 + 6H20 # 6C02 + 24e + 24H+阴极反应602 + 24H+ + 24e 含 12H20如何设计出能够用于废水处理和能源利用的原电池成为解决问题的关键。早在1991年，德国科学家Habermann和Pommer尝试了利用微生物技术建立了有机污水处理和能量回收的电池装置——微生物废水燃料电池(Habermann ff.，Pommer E. H.，Biological Fuel Cells with Sulphide Storage Capacity. Applied Microbiology andBiotechnology，1991，35，128-133.)。这种电池以废水有机物的微生物反应为基础，通过在阳极上发生微生物作用下有机物的氧化反应，阴极上发生氧气的还原反应，来组成原电池，以进行有机物的处理和能量的直接快速回收利用。微生物废水燃料电池集电能产生和废水处理于一体，打破了传统的污水处理理念，实现了污水处理的重大革新，因而引起了人们的极大关注(关毅，张鑫，微生物燃料电池，化学进展，2007，19 (I)，74-79)。微生物废水燃料电池的本质是在缺氧条件下，利用微生物在阳极附近代谢有机物的过程中，把有机物的电子传递到阳极表面，然后转移到阴极，进行发电的过程。因此，影响微生物废水燃料电池性能的最主要因素是生物体系的电子传递效率。由于微生物体系的电子传递过程是由系列微生物体及其细胞体系共同完成的，微生物体系缓慢的电子传递速率导致微生物燃料电池的电池效率低下，因而微生物燃料电池至今鲜见应用案例。文献报道，现有微生物废水燃料电池其最大输出功率密度一般处于几到几十mWm-2范围，电流也处于几到几十mAm-2范围(谢晴，杨嘉伟，王彬，冷庚，但德忠，用于污水处理的微生物废水燃料电池研究最新进展，水处理技术，2010，36 (3)，10-16)。微生物燃料电池电子传递效率低下的问题是微生物燃料电池今后需要突破的瓶颈。此外，微生物废水燃料电池操作复杂，需要分别控制阳极和阴极缺氧和耗氧过程，而且还存在微生物反应启动时间长，运行条件苛刻等不足。太阳光的利用一向是很吸引人的，由于太阳能取之不尽，用之不竭。长期以来，科学家一直在努力研究太阳光的利用，把太阳光转换成热、电、化学能等。近年来，科学家提出了利用太阳光催化处理废水中的有机污染物，净化环境的思路。一些科学家专利技术了利用纳 米Ti02作为催化剂，利用太阳光催化的处理污染物的新方法(王犇，周产力，Ti02光催化降解有机物研究进展，工业水处理，2004，24 (5)，17-20 ;刘亚子，孙成，洪军，Ti02光电催化技术降解有机污染物研究进展，环境科学与技术，2006，29 (4)，109-111 ;张万忠，乔学亮，邱小林，陈建国，罗浪里，纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用，人工晶体学报，2006年05期)。纳米Ti02作为一种半导体材料，在光照下(主要是紫外光)，能产生电子和空穴；产生的空穴及其间接转化的羟自由基( 0H)具有很高的氧化性，能够迅速氧化几乎所有的有机物，使其变成二氧化碳和水。因此，本专利技术在利用纳米二氧化钛(Ti02)为催化剂对废水有机物进行太阳光催化的基础上，开发纳米Ti02催化的废水有机物电池来代替微生物废水燃料电池的阳极，在工业上具有十分广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种Ti02光催化的电池。所述电池包括阳极，阴极和电解质，其中，阳极含Ti02，阴极为钼/钼黑电极。在本专利技术的一个优选方案中，所述Ti02为纳米Ti02薄膜。本专利技术还提供了上述纳米Ti02光催化的电池的制备方法。本专利技术将纳米Ti02搭载在导电的透明玻璃上，做成电池的阳极，组成纳米Ti02光阳极，并以钼/钼黑电极做阴极，构成原电池。另外，本专利技术还提供了上述Ti02光催化的电池在有机废水废液处理、能源回收或对外发电上的应用。在本专利技术的一个优选方案中，所述原电池是光催化废水有机物电池。在更优选的方案中，所述电池为单电池或多个串联的单电池，其中尤其优选四个串联的单电池。本专利技术电池利用阳极纳米Ti02光催化过程能够快速氧化有机物，并将氧化过程产生的电子直接快速通过导电玻璃传递到阴极，可以将废水中有机物的化学能转化成电能，既实现废水的处理，又能对外发电，可以应用于几乎所有的有机废水的处理和发电。另外，本专利技术提供了上述纳米Ti02光催化的电池的用途。所述电池既能处理废水有机物，又能回收生物能源，对外发电。基于纳米Ti02光催化技术初步设计的光催化废水有机物电池，不仅能利用室外太阳光进行废水处理，而且还能快速直接回收化学能发电，是一种有良好应用前景的废水处理与电能回用技术。同时它与现有微生物废水燃料电池相比还有如下优点I、电池性能高。光催化废水有机物电池其输出电流和功率密度处于Am—2、WnT2级另IJ，而微生物废水燃料电池大多处于几到几十mAm_2、mWm_2级别，二者差异约IO2 IO3倍。2、电池结构简单，操作方便，控制容易。微生物废水燃料电池的阳极需要控制缺氧条件，其阴极需要控制好氧条件，其反应体系则需要控制特定微生物菌群的生长，极其复杂。3、应用范围广。该装置可用于各类有机废水的处理和发电，甚至在未来的太空站尿液等生活废水的处理和灭菌中也有应用可能。 4、是一种有利用太阳光处理废水和发电前景的技术。尽管纳米Ti02仅能吸收太阳光小于5%的紫外光，但是通过对Ti02的改性，可以拓展其可见光的响应，增加其太阳光的利用。此外研制新型的可见光响应的光阳极也是实现太阳光处理废水和发电的重要途径。附图说明图I表示纳米Ti02薄膜材料的场发射扫描电镜照片(I为本实验室制备，2为复旦大学制备)。图2表示Ti02太阳光光催化废水有机物电池示意图。图3表示Ti02太本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种TiO2光催化的电池，包括阳极、阴极和电解质，其中阳极含TiO2。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：裴明，周南，
申请(专利权)人：上海市七宝中学，
类型：发明
国别省市：
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