專利名稱：一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池及電池組，具體涉及一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組。
背景技術(shù)：
由于人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致人均用水量增加，在過去的三個(gè)世紀(jì)里，人類提取的淡水資源增加了 35倍，淡水資源在時(shí)空上分布不均，加上人類的不合理利用，使世界上去多國家地區(qū)面臨著嚴(yán)重的水資源危機(jī)。地球表面面積的2/3被水覆蓋，但水儲量的 97%為海水和苦咸水，這些水是很豐富的，但是要利用海水必須經(jīng)過淡化。目前，全世界有一百二十多個(gè)國家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術(shù)取得淡水，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海水淡化系統(tǒng)與生產(chǎn)量以每年10%以上的速度在增加，現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、 蒸餾法、反滲透法，就目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平而言，海水淡化仍然耗電耗能，成本很高。微生物燃料電池(MFC)是近年來剛剛興起的一種綠色產(chǎn)能技術(shù)，它以微生物作為催化劑，直接將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，將微生物燃料電池技術(shù)同海水淡化技術(shù)結(jié)合起來可以降低成本，然而常規(guī)的間歇式的脫鹽微生物燃料電池不適用于工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)作業(yè)，底物在陽極室被產(chǎn)電微生物氧化并釋放出H+質(zhì)子，同時(shí)陰極室產(chǎn)生的H0_離子使陽極室和陰極室的pH環(huán)境急劇變化，整個(gè)裝置很難穩(wěn)定及可持續(xù)運(yùn)行。通常的解決辦法是在陽極室投加堿性物質(zhì)，在陰極室投加酸性物質(zhì)以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，但卻增加了生產(chǎn)成本和控制難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有微生物燃料電池及電池組為使整個(gè)裝置穩(wěn)定及可持續(xù)運(yùn)行，在陽極室投加堿性物質(zhì)，在陰極室投加酸性物質(zhì)，增加了生產(chǎn)成本和控制難度的問題，進(jìn)而提出一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池包括電池單元，所述電池單元包括反應(yīng)器箱體、陰離子交換膜、陽離子交換膜、陽極、陽極導(dǎo)線、空氣陰極和空氣陰極導(dǎo)線，所述反應(yīng)器箱體內(nèi)由上至下依次設(shè)有陽極室、脫鹽室和陰極室，所述陰離子交換膜位于陽極室和脫鹽室之間，所述陽離子交換膜位于脫鹽室和陰極室之間，所述陽極安裝在陽極室內(nèi)，所述陽極導(dǎo)線與陽極連接，所述空氣陰極安裝在陰極室內(nèi)，所述空氣陰極導(dǎo)線與空氣陰極連接，還包括連通管和水泵，所述水泵的輸入端與陽極室的出水口連通，所述水泵的輸出端與連通管的一端連通，所述連通管的另一端與陰極室的進(jìn)水口連通。本發(fā)明所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個(gè)電池單元，第一個(gè)電池單元的陰極室的出水口與第二個(gè)電池單元的陽極室的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元的陰極室的出水口與第N個(gè)電池單元的陽極室的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元的脫鹽室的出水口與第二個(gè)電池單元的脫鹽室的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元的脫鹽室的出水口與第N個(gè)電池單元的脫鹽室的進(jìn)水口連通，所述N大于2，每個(gè)電池單元的陽極室的出水口與自身的陰極室的進(jìn)水口連通。本發(fā)明所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個(gè)電池單元，第一個(gè)電池單元的陽極室的出水口與第二個(gè)電池單元的陰極室的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元的陰極室的出水口與第二個(gè)電池單元的陽極室的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元的脫鹽室的出水口與第二個(gè)電池單元的脫鹽室的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元的陽極室的出水口與第N個(gè)電池單元的陰極室的進(jìn)水口連通，第N-I個(gè)電池單元的陰極室的出水口與第N個(gè)電池單元的陽極室的進(jìn)水口連通，第N-I個(gè)電池單元的脫鹽室的出水口與第N個(gè)電池單元的脫鹽室的進(jìn)水口連通，第N個(gè)電池單元的陽極室的出水口與第N個(gè)電池單元的陰極室的進(jìn)水口連通，所述N大于2。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 MFC或MDC的連續(xù)運(yùn)行，適宜于在實(shí)際工程中應(yīng)用，以lg/L木糖為底物運(yùn)行時(shí)，電池最大功率密度達(dá)到870mw/m2，脫鹽速率為137mM/ d;單個(gè)電池獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，廢水通過管路在本發(fā)明的陽極室和陰極室之間循環(huán)，使陽極室產(chǎn)生的H+質(zhì)子和陰極室產(chǎn)生的0H_離子相互中和，避免兩室pH變化幅度過大不利于微生物生長代謝，使電池穩(wěn)定高效運(yùn)行；以多個(gè)電池單元組成電池組模式運(yùn)行時(shí)，不同電池單元之間的陽極室H+質(zhì)子和陰極室產(chǎn)生的0H_離子相互中和，單個(gè)電池單元內(nèi)部pH相對穩(wěn)定；本發(fā)明在處理廢水的同時(shí)獲得電能，并且實(shí)現(xiàn)脫鹽的目的，本發(fā)明脫鹽效率最高時(shí)外電阻范圍在1-50歐姆范圍內(nèi)，輸出功率最大值在100-300歐姆范圍內(nèi)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便， 降低了生產(chǎn)成本。


圖1是具體實(shí)施方式
一所述電池的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
二所述電池組的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
三所述電池組的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一如圖1所示，本實(shí)施方式所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池包括電池單元A，所述電池單元A包括反應(yīng)器箱體1、陰離子交換膜2、陽離子交換膜3、陽極4、陽極導(dǎo)線5、空氣陰極6和空氣陰極導(dǎo)線7，所述反應(yīng)器箱體1內(nèi)由上至下依次設(shè)有陽極室1-1、脫鹽室1-2和陰極室1-3，所述陰離子交換膜2位于陽極室1-1和脫鹽室1-2之間，所述陽離子交換膜3位于脫鹽室1-2和陰極室1-3之間，所述陽極4安裝在陽極室1-1內(nèi)，所述陽極導(dǎo)線5與陽極4連接，所述空氣陰極6安裝在陰極室1-3內(nèi)，所述空氣陰極導(dǎo)線7與空氣陰極6連接，還包括連通管8和水泵9，所述水泵9的輸入端與陽極室1-1的出水口連通，所述水泵9的輸出端與連通管8的一端連通，所述連通管8的另一端與陰極室1-3的進(jìn)水口連通。本發(fā)明由生活污水啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)外電路負(fù)載為1000歐姆， 當(dāng)輸出電壓為50mV時(shí)更換底物，輸出電壓穩(wěn)定三周后連續(xù)流運(yùn)行，連續(xù)流運(yùn)行時(shí)外電路負(fù)載范圍在1-1000歐姆范圍內(nèi)調(diào)整，脫鹽效率最高時(shí)外電阻范圍在1-50歐姆范圍內(nèi)，輸出功率最大值在100-300歐姆范圍內(nèi)。本實(shí)施方式中廢水或生物質(zhì)由陽極室1-1的進(jìn)水口進(jìn)入陽極室1-1被產(chǎn)電微生物氧化，電子傳遞到陽極并釋放出H+質(zhì)子，陽極溶液通過水泵9由連通管8進(jìn)入陰極室1-3，與陰極室1-3內(nèi)產(chǎn)生的HO離子中和產(chǎn)生水，最終由陰極室1-3的出水口排出或由陽極室1-1的進(jìn)水口進(jìn)入陽極室1-1內(nèi)再次循環(huán)，陽極室1-1和陰極室1-3始終處于一個(gè)相對穩(wěn)定的PH環(huán)境。
具體實(shí)施方式
二 如圖2所示，本實(shí)施方式所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，包括N個(gè)如具體實(shí)施方式
一所述的電池單元A，第一個(gè)電池單元A的陰極室1-3的出水口與第二個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元A的陰極室1-3的出水口與第N個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第二個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第N個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2 的進(jìn)水口連通，所述N大于2，每個(gè)電池單元A的陽極室1-1的出水口與自身的陰極室1-3 的進(jìn)水口連通。本實(shí)施方式中第一個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口出設(shè)有高壓水泵， 廢水通過高壓水泵注入第一電池單元A的陽極室1-1內(nèi)。
具體實(shí)施方式
三如圖3所示，本實(shí)施方式所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個(gè)如具體實(shí)施方式
一所述的電池單元A，第一個(gè)電池單元A的陽極室1-1的出水口與第二個(gè)電池單元A的陰極室1-3的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元A的陰極室1-3的出水口與第二個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第二個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I 個(gè)電池單元A的陽極室1-1的出水口與第N個(gè)電池單元A的陰極室1-3的進(jìn)水口連通，第 N-I個(gè)電池單元A的陰極室1-3的出水口與第N個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口連通， 第N-I個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第N個(gè)電池單元A的脫鹽室1-2的進(jìn)水口連通，第N個(gè)電池單元A的陽極室1-1的出水口與第N個(gè)電池單元A的陰極室1-3的進(jìn)水口連通，所述N大于2。本實(shí)施方式中第一個(gè)電池單元A的陽極室1-1的進(jìn)水口處設(shè)有高壓水泵，第一個(gè)電池單元A的陰極室1-3的進(jìn)水口處設(shè)有高壓水泵，廢水通過高壓水泵注入第一個(gè)電池單元A的陽極室1-1內(nèi)，經(jīng)過被產(chǎn)電微生物氧化后產(chǎn)生的溶液經(jīng)過N個(gè)電池單元 A循環(huán)后通過高壓水泵流回第一個(gè)電池單元A的陰極室1-3內(nèi)。工作原理生活污水或生物質(zhì)由陽極室1-1的進(jìn)水口進(jìn)入陽極室1-1內(nèi)被產(chǎn)電微生物氧化， 電子傳遞到陽極4并釋放出H+質(zhì)子，陽極室1-1內(nèi)的溶液通過水泵9由連通管8進(jìn)入陰極室1-3內(nèi)，與陰極室1-3內(nèi)產(chǎn)生的HO離子中和產(chǎn)生水，最終由陰極室1-3的出水口排出，陽極室1-1和陰極室1-3始終處于一個(gè)相對穩(wěn)定的pH環(huán)境；在電池單元內(nèi)部電勢的作用下脫鹽室1-2中的Cl離子通過陰離子交換膜2進(jìn)入陽極室1-1內(nèi)，脫鹽室1-2中的Na+離子通過陽離子交換膜3進(jìn)入陰極室1-3內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間的電解后，脫鹽室1-2中的NaCl被去除，脫鹽室1-2內(nèi)的鹽水脫鹽后通過脫鹽室1-2的出水口排出。
權(quán)利要求
1.一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池，它包括電池單元(A)，所述電池單元(A)包括反應(yīng)器箱體(1)、陰離子交換膜(2)、陽離子交換膜(3)、陽極(4)、陽極導(dǎo)線 (5)、空氣陰極(6)和空氣陰極導(dǎo)線(7)，所述反應(yīng)器箱體(1)內(nèi)由上至下依次設(shè)有陽極室 (1-1)、脫鹽室(1-2)和陰極室(1-3)，所述陰離子交換膜(2)位于陽極室(1-1)和脫鹽室 (1-2)之間，所述陽離子交換膜(3)位于脫鹽室(1-2)和陰極室(1-3)之間，所述陽極(4) 安裝在陽極室(1-1)內(nèi)，所述陽極導(dǎo)線(5)與陽極(4)連接，所述空氣陰極(6)安裝在陰極室(1-3)內(nèi)，所述空氣陰極導(dǎo)線(7)與空氣陰極(6)連接，其特征在于所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池還包括連通管(8)和水泵(9)，所述水泵(9)的輸入端與陽極室(1-1)的出水口連通，所述水泵(9)的輸出端與連通管(8)的一端連通，所述連通管 (8)的另一端與陰極室(1-3)的進(jìn)水口連通。
2.一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，其特征在于所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個(gè)如權(quán)利要求1所述的電池單元(A)，第一個(gè)電池單元(A)的陰極室(1-3)的出水口與第二個(gè)電池單元(A)的陽極室(1-1)的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元(A)的陰極室(1-3)的出水口與第N個(gè)電池單元(A) 的陽極室(1-1)的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的出水口與第二個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元(A)的脫鹽室 (1-2)的出水口與第N個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進(jìn)水口連通，所述N大于2，每個(gè)電池單元㈧的陽極室(1-1)的出水口與自身的陰極室(1-3)的進(jìn)水口連通。
3.一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，其特征在于所述一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個(gè)如權(quán)利要求1所述的電池單元(A)，第一個(gè)電池單元(A)的陽極室(1-1)的出水口與第二個(gè)電池單元(A)的陰極室(1-3)的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元㈧的陰極室(1-3)的出水口與第二個(gè)電池單元㈧的陽極室(1-1)的進(jìn)水口連通，第一個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的出水口與第二個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進(jìn)水口連通，依此類推直至第N-I個(gè)電池單元(A)的陽極室(1-1)的出水口與第N個(gè)電池單元㈧的陰極室(1-3)的進(jìn)水口連通，第N-I個(gè)電池單元㈧的陰極室(1-3) 的出水口與第N個(gè)電池單元㈧的陽極室(1-1)的進(jìn)水口連通，第N-I個(gè)電池單元㈧的脫鹽室(1-2)的出水口與第N個(gè)電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進(jìn)水口連通，第N個(gè)電池單元㈧的陽極室(1-1)的出水口與第N個(gè)電池單元㈧的陰極室(1-3)的進(jìn)水口連通， 所述N大于2。
全文摘要
一種微生物燃料電池及電池組，具體涉及一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有微生物燃料電池及電池組為使整個(gè)裝置穩(wěn)定及可持續(xù)運(yùn)行，在陽極室投加堿性物質(zhì)，在陰極室投加酸性物質(zhì)，增加了生產(chǎn)成本和控制難度的問題。本發(fā)明所述電池包括電池單元、連通管和水泵，水泵的輸入端與陽極室的出水口連通，水泵的輸出端與連通管的一端連通，連通管的另一端與陰極室的進(jìn)水口連通；本發(fā)明所述電池組由N個(gè)電池單元串聯(lián)組成。本發(fā)明用于處理廢水，同時(shí)獲得電能并進(jìn)行鹽水脫鹽。
文檔編號H01M8/02GK102263278SQ20111013665
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者何偉華, 馮玉杰, 劉佳, 劉峻峰, 呂江維, 曲有鵬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)