最大化含在流体流中的可生物降解材料的减少的微生物燃料电池方法技术

一种方法，其包括A)提供微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括阳极，阴极，与所述阳极接触的微生物，将所述阳极连接至阴极的电子导管，其中所述导管容纳在所述微生物燃料电池中，或者通过所述导管将电流引入至所述微生物燃料电池；B)使所述含有可生物降解材料的流体与所述阳极在微生物存在下接触；C)使所述阴极与含氧气体接触；D)从所述阳极的位置取出所述流体。在一种优选的实施方式中，将所述电子导管连接至电流源。在另一实施方式中，所述燃料电池的操作条件使得施加至该燃料电池的电流的电压为大于0和约0.2伏特。优选所述微生物燃料电池产生大于0kWh/kg的化学需氧量至约5kWh/kg的化学需氧量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用微生物燃料电池最大化流体流中的可生物降解材料的浓度的降低的系统和方法。
技术介绍
微生物燃料电池是已知的。20世纪60年代授权的披露和涉及在不燃烧的环境中生产电和使用微生物燃料电池从水中除去有机污染物的方法的专利参见Davis等的US3，331，705;Davis 等的 US 3，301，705 和 Helmuth US3, 340，094。一般地，微生物燃料电池通过使含有可生物降解材料的流体，例如废水流，与催化可生物降解材料的降解的微生物在阳极存在下接触而工作。所述废水流的来源可包括来自商业或者工业方法的流体，或者来自水处理工厂。该微生物产生副产物，包括电子。所述电子被从所述微生物传递到所述阳极。所述阳极通过电子导管和离子导管二者与阴极接触。所述电子通过所述电子导管被从阳极传递到阴极。这是典型的外部外部回路。通过阳极和阴极之间的电势差(即电压)将电子从阳极驱动到阴极。借助于置于外部回路中的合适的装填物，在阳极和阴极之间的电能，可俘获一部分所产生的用于其它目的。为了保持电中性，电子从阳极至阴极的流动必须也伴随着离子的流动。或者是阳离子将会从阳极移动到阴极，或者阴离子将会从阴极移动到阳极，或者阳离子和阴离子二者都将在阳极和阴极之间移动。离子通过离子导管传导。理想地，所述离子导管是离子传导性的而非电子传导性的。典型的燃料电池具有共同的特征，包括电子供体，在阳极被氧化的燃料，所述阳极是传导性的固体，其接受来自该供体的电子，在微生物燃料电池中，燃料是可生物降解材料；需要催化剂来进行在阳极上的氧化反应，在微生物燃料电池中微生物用作催化剂；所述电子移动通常通过外部导管从阳极至阴极通过电导管，所述阴极是另一传导性固体；在阴极上，将电子添加到电子受体上，通常为氧；和任何阳离子，例如质子(H+)，钠离子(Na+)，钾离子(K+)，单独地从阳极移动到阴极，或者阴离子，例如氢氧根离子(0H—)，氯离子(Cl—)从阴极移动至阳极，从而保持阳极隔间中的电中性。在电子从阳极通过外部回路流到阴极时，离子必须也在阳极和阴极之间移动，从而保持电中性。没有使氢离子从阳极隔间或者氢氧根离子移动到阳极隔间会导致阳极隔间的酸化，和隔间之间的PH梯度。在微生物燃料电池的阳极隔间中使用微生物或者其它生物催化剂通常需要接近中性的pH。pH梯度的实际效果是电压效率降低，其因此降低发电。Rittmann等的WO 2010/008836通过将二氧化碳添加到阴极隔间中解决了这个问题。微生物燃料电池提供了环境友好地发电和流体纯化的保证，并且除了以上指出的PH梯度问题之外也存在几个技术上的挑战。废水是可以使用微生物燃料电池纯化的普通的含有可生物降解材料的流体。微生物燃料电池操作起来可能比操作标准的水处理方法更加曰虫印贝O需要这样的微生物燃料电池，其以一种方式解决了所述问题，从而使得微生物燃料电池能够用于商业环境中，其最大化可生物降解材料的降解，并且最小化成本。所需要的是微生物燃料电池方法，其不需要在系统中使用缓冲液，这最小化欧姆损失和物质传递损失，并且其使用环境友好的和有效的氧化剂。所需要的是这样的微生物燃料电池，其可以以灵活的方式操作，从而最大化流体流中可生物降解材料的降解，同时利用由损失微生物燃料产生的电流，这是可生物降解材料的降解所不需要的。
技术实现思路
在一种实施方式中，本专利技术是微生物燃料电池，其包括阳极，阴极，与所述阳极接触的微生物，将所述阳极连接至阴极的电子导管，其中所述电子导管连接至电流源，连接至电流源和载荷二者，或者直接连接所述阳极和阴极。优选所述微生物燃料电池还包括适合·于测定引入到该微生物燃料电池的流体中可生物降解材料的浓度的传感器。优选，所述传感器连接至显示或者说明引入到所述微生物燃料电池的流体中的可生物降解材料的浓度的界面。在优选的实施方式中，所述界面是程序控制的自动控制器，例如微芯片或者计算机，用来调节从该微生物燃料电池取出的电流的水平或者添加至该微生物燃料电池的电流的水平。在另一优选的实施方式中，将电流控制器连接至所述电子导管，该电流控制器适合于调节从该微生物燃料电池取出的电流的量或者添加至该微生物燃料电池的电流的量。在另一实施方式中，本专利技术涉及一种方法，其包括A)提供一种微生物燃料电池，所述电池包括阳极，阴极，与所述阳极接触的微生物，将所述阳极连接至阴极的电子导管，其中没有从所述微生物燃料电池取出电流或者将电流通过所述导管引入到所述微生物燃料电池；B)使含有可生物降解材料的流体与所述阳极在微生物存在下接触；C)使所述阴极与含氧气体接触；和D)从所述阳极的位置取出所述流体。在实施方式中，使所述电子导管直接接触所述阳极，而没有任何载荷在所述阳极和阴极之间。在一种优选的实施方式中，所述电子导管连接至电流源。在另一实施方式中，所述燃料电池的操作条件使得施加至该燃料电池的电流的电压为大于大于O至约O. 4伏特。优选所述微生物燃料电池产生大于OkWh/kg的化学需氧量至约5kWh/kg的化学需氧量。在另一实施方式中，本专利技术是一种方法，其包括A)提供微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括阳极，阴极，与所述阳极接触的微生物，将所述阳极连接至阴极的电子导管，确定引入到所述微生物燃料电池中的流体中可生物降解材料的浓度的传感器，和显示或者说明进料到所述微生物燃料电池的流体中的可生物降解材料的浓度的界面；B)使所述含有可生物降解材料的流体与所述阳极在微生物存在下接触；C)使所述阴极与含氧流体接触；D)测定含有可生物降解材料的流体中可生物降解材料的浓度；E)基于所述流体中可生物降解材料的浓度，调节从所述阴极取出的或者添加至所述阴极的电流的量；和F)从所述阳极的位置取出所述流体。在一种实施方式中，所述界面是显示器，其显示与所述阳极接触的流体中可生物降解材料的浓度，和基于所述显示器手动调节从所述阴极取出的或者添加到所述阴极的电流的量。在另一实施方式中，所述界面是与所述电子导管接触的自动控制器，其适合于说明与所述阳极接触的流体中可生物降解材料的浓度，和基于所述浓度调节从所述阴极取出的或者添加到该阴极的电流的量。优选，选择从所述阴极取出的或者添加到该阴极的电流的量从而最大化在所述流体中分解的可生物降解材料的量。在另一实施方式中，本专利技术是一种方法，其包括A)提供微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括阳极，阴极，与所述阳极接触的微生物，将所述阳极连接至阴极的电子导管，其中以大于O至约O. 2伏特的水平以约5A/m2或者更大的电流密度从所述微生物燃料电池取出电流；B)使电导率为I豪西门子/cm或者更小的含有可生物降解材料的流体与所述阳极在微生物存在下接触；C)使所述阴极与含氧流体接触；D)从所述阳极的位置取出所述流体。应该理解，以上所述的方面和实例是非限制性的，因为本申请所示和描述的本专利技术中存在其它方式。该微生物燃料电池和使用本专利技术的微生物燃料电池的方法有助于在这些燃料电池中使用具有低导电性的流体，而不需要缓冲液。本专利技术的燃料电池和方法有助于有效地和高效地进行可生物降解材料的破坏。可将它们以灵活的方式建立运行，从而最大化可生物降解材料的降解，并且当不需要可生物降解材料的降解时，利用在该燃料电池中产生的电流用于其它目的。使用具有低电导率的进料流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SA沃林，J迈纳斯，郭晓莹，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：
国别省市：