專(zhuān)利名稱(chēng)：一種海底有機(jī)污染物的微生物燃料電池催化加速降解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，涉及海底有機(jī)污染物降解方法，更特別涉及應(yīng)用海底微生物燃料電池系統(tǒng)加快海底有機(jī)污染物降解速度并同時(shí)回收部分能源的方法。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一種利用微生物作催化劑，將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。MFC的基本工作原理是在陽(yáng)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽(yáng)極之間進(jìn)行有效傳遞，通過(guò)外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原，與質(zhì)子結(jié)合成水。這類(lèi)微生物燃料電池需要昂貴的質(zhì)子交換膜和貴金屬催化劑，而且需要對(duì)微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，常用于城市生活污水處理，無(wú)法應(yīng)用于海洋環(huán)境保護(hù)，特別是海底有機(jī)污染物的處理。海底微生物燃料電池是一種特殊而又具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的微生物燃料電池。它既是一種新型能源裝置，又是一種高效治理環(huán)境污染的工具。它的工作原理是陽(yáng)極放入海泥中，陰極放入海水中，海泥中微生物氧化有機(jī)物和無(wú)機(jī)物產(chǎn)生電子，電子傳遞到陽(yáng)極，然后通過(guò)外電路到達(dá)陰極，從而形成完整回路，產(chǎn)生電流。R Alberte et al 2005年專(zhuān)利(US patent 691384B1, 2005)公開(kāi)了一種利用海底微生物燃料電池產(chǎn)生電能的裝置和方法。LM Tender and D Low (2009)公開(kāi)了一種利用金屬錳陽(yáng)極，構(gòu)成的海底微生物燃料電池裝置。眾所周知，環(huán)境污染和能源短缺是世界的兩大難題，也是限制未來(lái)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)最重要因素。一方面，海底石油開(kāi)發(fā)泄漏引起的石油污染日益嚴(yán)重，近期發(fā)生的墨西哥灣采油平臺(tái)泄漏和渤海灣蓬萊19-3號(hào)油田漏油更是造成了嚴(yán)重的海洋污染；另一方面，隨著人類(lèi)活動(dòng)及其排放物不斷進(jìn)入海洋，海洋環(huán)境日益惡化，海泥中污染物不斷增多， 造成水體富營(yíng)養(yǎng)化不斷加劇。人類(lèi)各種活動(dòng)所產(chǎn)生的污染物，無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在，都被排放至附近的水體中，最終匯入海洋。對(duì)于大部分有機(jī)污染物物，無(wú)論點(diǎn)源還是非點(diǎn)源排放，都會(huì)通過(guò)水體懸浮顆粒物的吸附和沉降作用，最終被富集沉淀于底部沉積物，形成海底有機(jī)污染物。已有研究表明沾污沉積物既可引起底棲生物的直接死亡(急性毒性級(jí)別)， 也可經(jīng)食物鏈傳遞和放大作用，對(duì)位于較高營(yíng)養(yǎng)鏈的生物和人類(lèi)產(chǎn)生慢性健康負(fù)效應(yīng)。其中，食用受污染的魚(yú)類(lèi)、蝦類(lèi)、貝類(lèi)和藻類(lèi)，使人類(lèi)增加了患病的可能性。目前，傳統(tǒng)的污泥處置方法以填埋為主，并有少量的堆肥和焚燒。傳統(tǒng)污泥處理方法難度大，費(fèi)用高，易造成二次污染，無(wú)法普及推廣。人們也開(kāi)發(fā)了許多微生物降解的處理方法，但由于海洋的開(kāi)放環(huán)境和流動(dòng)性，無(wú)法施加培養(yǎng)基和菌種以及菌種在實(shí)海環(huán)境下的低成活率及其昂貴的培養(yǎng)費(fèi)用，常規(guī)的微生物降解方法已無(wú)法滿(mǎn)足海底有機(jī)污染物的治理，尋求成本低，效果好的除污方法已迫在眉睫。海底污泥中常含有厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)和變形菌門(mén)的細(xì)菌及其它一些未定名的類(lèi)群。已有報(bào)道表明，海底沉積物微生物燃料電池陽(yáng)極表面的產(chǎn)電細(xì)菌種類(lèi)除了希瓦氏菌、地桿菌等模式菌種外，還包括另外一些細(xì)菌如嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)、脫硫葉菌科(Desulfobulbaceae)、假單胞菌(I^seudomonas)等。這幾類(lèi)產(chǎn)電菌多為兼性異養(yǎng)菌，需要分解腐殖質(zhì)來(lái)產(chǎn)電。除了上述提到的產(chǎn)電細(xì)菌外，d-變形菌綱、 β -變形菌綱和擬桿菌門(mén)的菌種也能在電極上大量富集，成為電極上的優(yōu)勢(shì)菌。這些海泥中自然存在的細(xì)菌多數(shù)可以分解海底污染物中的有機(jī)物。根據(jù)上述分析，海底微生物燃料電池系統(tǒng)經(jīng)過(guò)合理科學(xué)的設(shè)計(jì)，在海底沉積層中放置陽(yáng)極，海水中放置陰極，通路狀態(tài)下，一方面；將微生物降解產(chǎn)生的電子導(dǎo)出產(chǎn)生電流， 從而加速海泥內(nèi)有機(jī)污染物被微生物快速降解；另一方面，海水中富含鹽分，離子電導(dǎo)率高，系統(tǒng)內(nèi)阻小，有利于收集電能。發(fā)明的目的本發(fā)明利用海底微生物燃料電池，采用串聯(lián)式陽(yáng)極，提高電流密度，電催化加速了微生物對(duì)海底有機(jī)污染物的降解，建立了一種海底有機(jī)污染物電催化加速降解方法。發(fā)明的內(nèi)容為了解決現(xiàn)有海底有機(jī)污染物處理的存在的問(wèn)題，本發(fā)明利用海底微生物燃料電池，采用串聯(lián)式陽(yáng)極和修飾陽(yáng)極，提高電流密度，加快海底有機(jī)污染物降解，既降低了海底有機(jī)污染物處理成本，減少了環(huán)境污染，又回收了部分能源。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。第一步電極的預(yù)處理工序。電極分別用砂紙反復(fù)打磨后，由丙酮超聲處理10 30min，在0. 1 lmol/L鹽酸溶液中浸泡40 120min，用純凈水反復(fù)浸泡直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。將電極放入鼓風(fēng)干燥箱，40 150°C下干燥，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得備用的海底微生物燃料電池陰極和陽(yáng)極。第二步電極的修飾工序。為提高海底微生物燃料電池輸出電流和陽(yáng)極表面電流密度，可通過(guò)氧化劑(H2S04/HN03混酸和ronton試劑)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行氧化處理，也可以用碳粉和復(fù)合材料包括樟腦磺酸摻雜聚苯胺復(fù)合材料、磺化聚苯胺復(fù)合材料、磺化聚苯胺錳酸鹽復(fù)合材料、磺化聚苯胺釩酸鹽復(fù)合材料、四氧化三鐵/聚苯胺復(fù)合材料中的一種與聚四氟乙烯攪拌混合，涂于電極表面，還可以將電極浸于鄰苯二酚紫溶液中經(jīng)行修飾。最后洗凈， 將電極放入鼓風(fēng)干燥箱，40 150°C下干燥，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得經(jīng)修飾的海底微生物燃料電池陽(yáng)極。第三步電池系統(tǒng)的組裝工序。串聯(lián)多塊陽(yáng)極制得總陽(yáng)極輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海底有機(jī)污染物/海水接觸面之下的5 100cm位置，陰極置于海水/大氣接觸面之下大于Icm位置。第四步電池的啟動(dòng)工序。采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可連接陽(yáng)極和陰極的導(dǎo)線(xiàn)， 確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。第五步海底有機(jī)污染物加速降解工序。運(yùn)行海底微生物燃料電池，陽(yáng)極將產(chǎn)電菌分解有機(jī)物產(chǎn)生的電子及時(shí)轉(zhuǎn)移到陰極，與陰極處的質(zhì)子和氧原子結(jié)合，生成水，加快微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解過(guò)程。第六步電能利用工序。
在海底微生物燃料電池系統(tǒng)回路上串聯(lián)小型電子裝置(如鐘表、計(jì)算器、收音機(jī)等)，實(shí)現(xiàn)電能的利用。第七步污染物中有機(jī)碳的測(cè)定工序。用TOC分析儀測(cè)定運(yùn)行海底微生物燃料電池系統(tǒng)前后沉積層中有機(jī)碳含量。先將樣品酸化，放置烘箱烘干，采用TOC中HT1300方法測(cè)定，此時(shí)測(cè)得的濃度即為有機(jī)碳含量。發(fā)明的效果通過(guò)本技術(shù)，利用海底微生物燃料電池系統(tǒng)，加速了微生物降解海底有機(jī)污染物， 是海底有機(jī)污染物自然降解速率的2. 3倍以上，單個(gè)海底微生物燃料電池可以提供0. 1 1. IV的電壓。附圖及附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1海底微生物燃料電池系統(tǒng)加速海底有機(jī)污染物降解裝置解說(shuō)明1陽(yáng)極；2陰極；3電壓表；4小型電子裝置(如鐘表、計(jì)算器、收音機(jī)等)；5電流表；6導(dǎo)線(xiàn)圖2有機(jī)碳降解效果3石油污染物降解效果圖
實(shí)施例實(shí)例1 本實(shí)施例用于說(shuō)明石墨板陽(yáng)極海底微生物燃料電池系統(tǒng)加速海底有機(jī)污染物降解。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))X8cm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，用純凈水反復(fù)沖洗，直至溶液的PH值不再變化，放入鼓風(fēng)干燥箱，70°C下干燥他，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極和陽(yáng)極。串聯(lián)4塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。該海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 668V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 該海底微生物燃料電池運(yùn)行50天后，海底有機(jī)污染物中有機(jī)碳的含量下降了 26. 7%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的2. 3倍。實(shí)例2 本實(shí)施例用于說(shuō)明H2S04/HN03混酸改性石墨棒陽(yáng)極的海底微生物燃料電池系統(tǒng)加速海底有機(jī)污染物降解。H2S04/HN03混酸改性石墨棒陽(yáng)極制備。取規(guī)格為5cm(長(zhǎng))X lcm(直徑)的石墨棒，分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理20min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡 90min，將準(zhǔn)備好的石墨棒陽(yáng)極放入體積比為3 1的49%的硫酸和32%的濃硝酸的混合溶液中浸泡20min，反應(yīng)溫度為50 70°C。將處理后的電極從上述溶液中取出，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化。將電極放入鼓風(fēng)干燥箱，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得&S04/HN03混酸改性石墨棒陽(yáng)極。
海底微生物燃料電池系統(tǒng)陰極制備。取規(guī)格為5cm(長(zhǎng))X6cm(寬)X Icm(厚) 的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理20min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，將陰極用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。最后，將電極放入鼓風(fēng)干燥箱，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池系統(tǒng)陰極。串聯(lián)3組HN03/H2S04混酸改性石墨棒陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極總輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。該海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 702V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 該海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，海底有機(jī)污染物中有機(jī)碳的含量下降了 58. 9%, 是海底有機(jī)污染物自然降解效率的5倍。實(shí)例3 本實(shí)施例用于說(shuō)明!^nton試劑改性碳纖維陽(yáng)極的海底微生物燃料電池系統(tǒng)加速海底有機(jī)污染物降解。Fenton試劑改性碳纖維陽(yáng)極制備。取20g碳纖維，丙酮超聲處理30min，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。將碳纖維陽(yáng)極放入燒杯中，加入200mLlmol/L FeSO4溶液，調(diào)整pH = 3，然后加入MOmL濃度為30% 的H2A溶液，室溫下超聲處理lOmin，用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。最后，將電極放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得!^enton試劑改性碳纖維陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理30min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化。將電極放入鼓風(fēng)干燥箱，80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)4組碳纖維制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處， 碳纖維陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。該海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 683V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，海底有機(jī)污染物中有機(jī)碳的含量下降了 35. 7%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的3倍。實(shí)例4 本實(shí)施例用于說(shuō)明碳?xì)植牧献麝?yáng)極的海底微生物燃料電池系統(tǒng)加速石油污染物降解。碳?xì)植牧献麝?yáng)極制備。取規(guī)格為5cm(長(zhǎng))X5cm(寬)的碳?xì)郑帽曁幚?IOmin,在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得碳?xì)植牧献麝?yáng)極。
海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為8cm (長(zhǎng))X 8cm (寬)X 1 cm (厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在80°C下干燥10h， 用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)5塊石墨氈陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm 處，此海泥已與過(guò)量的原油攪拌混合，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV 以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 該海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行M天后，通電裝置中石油污染物下降了 33. 3% ；海底有機(jī)污染物自然降解狀況下石油污染物下降了僅3. 3%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的10 倍。實(shí)例5 本實(shí)施例用于說(shuō)明鄰苯二酚紫修飾碳布陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解。鄰苯二酚紫修飾碳布陽(yáng)極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)X0. 2cm(厚)的碳布，丙酮超聲處理15min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化。將碳布浸泡于10-4mol/L的鄰苯二酚紫磷酸鹽緩沖溶液(pH = 7)中，攪拌吸附48h，蒸餾水洗凈。最后，將所有電極放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在80°C下干燥10h， 用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得鄰苯二酚紫修飾碳布陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為7cm (長(zhǎng))X 7cm (寬)X Icm (厚)的碳板， 用380、800和1000目砂紙打磨。丙酮超聲處理15min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化。80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)6塊陽(yáng)極，制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處， 陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中有機(jī)碳的含量下降了 30%以上，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的2. 3倍以上。實(shí)例6 本實(shí)施例用于說(shuō)明樟腦磺酸摻雜聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解。樟腦磺酸摻雜聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/ L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與樟腦磺酸/聚苯胺復(fù)合材料0. 25g攪拌成糊狀， 將其涂于電極表面，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得樟腦磺酸摻雜聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))X8cm(寬)X Icm(厚)的石墨板。用380、800和1000目砂紙打磨后，由丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)7塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中污染物下降了 40. 3%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的3. 4倍。實(shí)例7 本實(shí)施例用于說(shuō)明磺化聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解。磺化聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板， 用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發(fā)生變化。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺陽(yáng)極材料Ig攪拌成糊狀，涂于電極表面，將電極放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得磺化聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為5cm(長(zhǎng))X5cm(寬)的碳紙，用丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)8塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5em處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中污染物下降了 38. 8%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的3. 3倍。實(shí)例8 本實(shí)施例用于說(shuō)明磺化聚苯胺錳酸鹽復(fù)合陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解?；腔郾桨峰i酸鹽復(fù)合陽(yáng)極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺錳酸鹽0. 25g攪拌成糊狀，涂于電極表面，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得磺化聚苯胺錳酸鹽復(fù)合陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)4塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中有機(jī)碳含量下降了 31. 8%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的2. 7倍。實(shí)例9 本實(shí)施例用于說(shuō)明磺化聚苯胺釩酸鹽復(fù)合陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解?；腔郾桨封C酸鹽復(fù)合陽(yáng)極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺釩酸鹽0. 25g攪拌成糊狀，涂于電極表面，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得磺化聚苯胺釩酸鹽復(fù)合陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為8cm(長(zhǎng))XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在 80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)4塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電.位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中有機(jī)碳下降了 36. 5%，是海底有機(jī)污染物自然降解效率的3.1倍。實(shí)例10 本實(shí)施例用于說(shuō)明四氧化三鐵/聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極海底微生物燃料電池加速海底有機(jī)污染物降解。四氧化三鐵/聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極制備。取規(guī)格為km(長(zhǎng))X7cm(寬)X Icm(厚) 的石墨板用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 5g與四氧化三鐵/聚苯胺粉末0. 5g攪拌成糊狀，涂于石墨板表面，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得四氧化三鐵/聚苯胺復(fù)合陽(yáng)極。海底微生物燃料電池陰極制備。取規(guī)格為5cm(長(zhǎng))X6cm(寬)Xlcm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨后，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，用純凈水反復(fù)浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發(fā)生變化，放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，80°C下干燥10h，用環(huán)氧樹(shù)脂密封電極和導(dǎo)線(xiàn)連接處，制得海底微生物燃料電池陰極。串聯(lián)4塊陽(yáng)極制得陽(yáng)極總輸出端，將陽(yáng)極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置于海水/海泥界面上5cm處，采用三電極體系測(cè)定電極電位，其中，置于海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽(yáng)極電位穩(wěn)定在_350mV以下，陰極電位穩(wěn)定在250mV以上時(shí)，即可確定啟動(dòng)電池系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)定，海底微生物燃料電池系統(tǒng)可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測(cè)定系統(tǒng)運(yùn)行前后沉積層中有機(jī)碳含量。結(jié)果表明， 海底微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行50天后，通電裝置中染物下降了 64. 8% ；是海底有機(jī)污染物自然降解效率的5. 5倍。以上對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不僅僅限定于以上實(shí)施例，在本發(fā)明的所屬技術(shù)領(lǐng)域中，只要掌握通常知識(shí)，就可以在其技術(shù)要旨范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更。
權(quán)利要求
1.一種海底有機(jī)污染物的微生物燃料電池催化加速降解方法，其特征在于利用海底沉積物微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)海底有機(jī)污染物的電催化加速降解。
2.權(quán)利要求1所述的海底沉積物微生物燃料電池其特征在于由多個(gè)陽(yáng)極串聯(lián)形成總陽(yáng)極輸出端。
3.權(quán)利要求2所述的陽(yáng)極，其特征在于由石墨板、石墨棒、碳纖維、碳?xì)?、碳布中的任一種碳材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種海底有機(jī)污染物的微生物燃料電池催化加速降解方法，采用串聯(lián)式陽(yáng)極和修飾陽(yáng)極，提高電流密度，加速海底污染物降解，提高降解效率2倍以上。本發(fā)明能夠有效地加速海底污染物的降解，具有無(wú)質(zhì)子交換膜、制備成本低、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廢物除解效果明顯、綠色環(huán)保、易于商業(yè)化推廣的特點(diǎn)。本發(fā)明可用于海底有機(jī)污染物的治理。
文檔編號(hào)C02F11/02GK102496733SQ20111044347
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者付玉彬, 劉媛媛, 盧志凱, 張業(yè)龍, 徐謙 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)