專利名稱：利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物炭富集作用增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池和方法。
背景技術(shù)：
有機廢水微生物燃料電池處理技術(shù)是一種利用微生物氧化有機物將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男滦铜h(huán)保技術(shù)。該技術(shù)應用于有機廢水的處理，可實現(xiàn)處理廢水同時回收廢水中能量，達到環(huán)境保護及能源利用的雙重效果。目前，已有各種有關(guān)微生物電池處理有機廢水的專利，例如“微生物燃料電池及其處理啤酒廢水的方法”(CN101145620)，“微生物燃料電池裝置和電池及用法以及水處理系統(tǒng)”(CN101118973)，“一種無介質(zhì)微生物燃料電池”(CN1889297A)，“一種用于廢水處理的使用廢水和活性污泥的生物燃料電池”。然而現(xiàn)有的 微生物燃料電池處理技術(shù)均存在放電電壓過小的問題，難以實現(xiàn)微生物燃料電池處置有機廢水規(guī)?；瘧?，限制了微生物燃料電池的發(fā)展。因此，需要提高陽極液的有機物濃度，進而增強微生物燃料電池放電電壓的目的。生物炭是污泥或農(nóng)林廢棄物在缺氧氣氛下熱解得到的固態(tài)產(chǎn)物，具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)，可以吸附有機廢水中的有機物，然而，此種方法只是將有機物富集轉(zhuǎn)移，并未將有機物徹底消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高微生物燃料電池放電電壓的利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池和方法。本發(fā)明的利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池，包括陽極電極、陽極電極液和陰極電極，其特征在于，所述的陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。所述的吸附有有機物的生物碳優(yōu)選是將生物碳浸泡在循環(huán)流動的有機廢水中，浸泡時間為6 8小時。所述的有機廢水為生活污水或來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水。所述的生物炭優(yōu)選通過以下方法制備生物炭原料首先經(jīng)過熱解，然后再活化，最后經(jīng)酸洗處理得到生物炭；所述的熱解為熱解保護氣為氮氣，加熱速率為10-15°C /min,熱解終溫溫度為600-700°C，熱解時間為I. 5-2h ;所述的活化為活化氣體為二氧化碳，活化溫度為750-850°C，活化時間為1-1. 5h ;所述的酸洗為采用I. 0-1. 5mol/L鹽酸溶液酸洗。所述的含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水，其包括吸附有有機物的生物碳與有機廢水，其固液質(zhì)量比為I :Γ5，ρΗ值為7.0。本發(fā)明的利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的方法，包括配置微生物燃料電池，啟動并運行微生物燃料電池，利用微生物燃料電池處理有機廢水，其特征在于，所述微生物燃料電池，其陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。所述的吸附有有機物的生物碳優(yōu)選是將生物碳浸泡在循環(huán)流動的有機廢水中，浸泡時間為6 8小時。所述的有機廢水為生活污水或來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水。所述的生物炭優(yōu)選通過以下方法制備生物炭原料首先經(jīng)過熱解，然后再活化，最后經(jīng)酸洗處理；所述的熱解為熱解保護氣為氮氣，加熱速率為10_15°C /min，熱解終溫溫度為600-700°C，熱解時間為I. 5-2h ;所述的活化為活化氣體為二氧化碳，活化溫度為750-850°C，活化時間為1-1. 5h ;所述的酸洗為采用I. 0-1. 5mol/L鹽酸溶液酸洗。所述的含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水，其包括吸附有有機物的生物碳與有機廢水，其固液質(zhì)量比為I :Γ5，ρΗ值為7.0。所述的微生物燃料電池處理有機廢水，在處理完畢后，將陽極電極液取出，過濾， 收取濾渣，然后在100-105°C干燥后得到重生后的生物炭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將有機廢水中的有機物富集于生物炭中，配制生物炭與有機廢水的混合液作為微生物燃料電池的陽極電極液，這樣可提高微生物燃料電池放電電壓優(yōu)勢，解決了微生物燃料電池處置廢水過程中難以規(guī)?；糯蟮膯栴}，有利于微生物燃料電池的規(guī)?；瘧?。


圖I是本發(fā)明的工藝流程2是實施例I的微生物燃料電池的運行效果圖。
具體實施例方式以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。實施例I :一種利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的方法，該方法包括以下步驟①生物炭制備在氮氣氣氛，加熱速率為10°C /min，終溫為700°C，停留時間為2h的條件下熱解廣州市市政污水廠脫水機房污泥，接著在二氧化碳氣氛下，以850°C，停留Ih的條件下活化，接著采用I. OmoI/L的鹽酸酸洗得到生物炭。②有機物吸附將步驟①得到的生物炭浸泡在循環(huán)流動的生活污水中，浸泡時間為8h，得到吸附有有機物的生物炭。③陽極電極液配制將步驟②得到的吸附有有機物的生物炭與生活污水按照固液質(zhì)量比為I :5混合，并采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)其pH至7.0，從而得到陽極電極液。④微生物燃料電池的配置該微生物燃料電池為單室微生物燃料電池，包括陽極室、陽極電極、陰極電極和質(zhì)子交換膜，在陽極室中具有碳氈的陽極電極，陽極電極與陰極電極通過外電路相連，陰極電極為熱壓在陽離子交換膜一側(cè)的碳纖維布，陽極室與陰極電極通過陽離子交換膜分開。⑤微生物燃料電池的啟動將濃度為500mg/L的葡萄糖溶液注入微生物燃料電池的陽極室內(nèi)，利用厭氧污泥作為接種液啟動微生物燃料電池。⑥微生物燃料電池的馴化和運行依次將1/3、1/2、I體積的葡萄糖溶液更換為步驟③配置好的陽極電極液，然后利用該微生物燃料電池處理生活污水。
⑦生物炭再生微生物燃料電池處理完畢后，將微生物燃料電池的陽極電極液取出，過濾的濾渣即為生物炭，然后在105°C干燥后得到重生后的生物炭。結(jié)合圖2對實施例I在提高微生物燃料電池放電電壓方面的效果進行說明。圖2中的陽極液分別為普通生活污水，吸附了有機物的生物炭與生活污水混合液的微生物燃料電池輸出電壓在運行周期內(nèi)的變化曲線，可以看出，整個微生物燃料電池運行周期為150h，穩(wěn)定運行周期為130h，放電電壓分別為O. 396和O. 577V，陽極液改為吸附了有機物的生物炭與生活污水混合液后，放大電壓升高I. 49倍。此運行期間，陽極室分別填充O. 28L陽極電極液，外電路接1000Ω負載電阻，環(huán)境溫度為(30±1)°C。實施例2
一種利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的方法，該方法包括以下步驟①生物炭制備在氮氣氣氛，加熱速率為15°C /min，終溫為600°C，停留時間為I. 5h的條件下熱解廣州市市政污水廠脫水機房污泥，接著在二氧化碳氣氛下，以750°C，停留I. 5h的條件下活化，接著采用I. 5mol/L的鹽酸酸洗得到生物炭。②有機物吸附將步驟①得到的生物炭浸泡在循環(huán)流動的生活污水中，浸泡時間為6h，得到吸附有有機物的生物炭。③陽極電極液配制將步驟②得到的吸附有有機物的生物炭與生活污水按照固液質(zhì)量比為I :4混合，并采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)其pH至7.0，從而得到陽極電極液。④微生物燃料電池的配置該微生物燃料電池為單室微生物燃料電池，包括陽極室、陽極電極、陰極電極和質(zhì)子交換膜，在陽極室中具有碳氈的陽極電極，陽極電極與陰極電極通過外電路相連，陰極電極為熱壓在陽離子交換膜一側(cè)的碳纖維布，陽極室與陰極電極通過陽離子交換膜分開。⑤微生物燃料電池的啟動將濃度為500mg/L葡萄糖溶液注入微生物燃料電池的陽極室內(nèi)，利用厭氧污泥作為接種液啟動微生物燃料電池。⑥微生物燃料電池的馴化和運行依次將1/3、1/2、I體積的葡萄糖溶液更換為步驟③配置好的陽極電極液，然后利用該微生物燃料電池處理生活污水。⑦生物炭再生微生物燃料電池處理完畢后，將微生物燃料電池的陽極電極液取出，過濾的濾渣即為生物炭，然后在100°c干燥后得到重生后的生物炭。本實施例的微生物燃料電池，其陽極液為含有吸附有有機物的生物碳的生活廢水，運行結(jié)果顯示，與未添加吸附有有機物的生物碳的生活污水相比，其放大電壓顯著升聞。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例，其目的是為了說明實施本發(fā)明方法所取得的顯著效果。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池，包括陽極電極、陽極電極液和陰極電極，其特征在于，所述的陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述的吸附有有機物的生物碳是將生物碳浸泡在循環(huán)流動的有機廢水中，浸泡時間為61小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述的有機廢水為生活污水或來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述的生物炭是通過以下方法制備生物炭原料首先經(jīng)過熱解，然后再活化，最后經(jīng)酸洗處理得到生物炭；所述的熱解為熱解保護氣為氮氣，加熱速率為10-15°C /min，熱解終溫溫度為600-700°C，熱解時間為I.5-2h ;所述的活化為活化氣體為二氧化碳，活化溫度為750-850°C，活化時間為1_1. 5h ；所述的酸洗為采用I. 0-1. 5mol/L鹽酸溶液酸洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物燃料電池，其特征在于，所述的含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水，其包括吸附有有機物的生物碳與有機廢水，其固液質(zhì)量比為I :4 5，pH值為7.0。
6.一種利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的方法，包括配置微生物燃料電池，啟動并運行微生物燃料電池，利用微生物燃料電池處理有機廢水，其特征在于，所述微生物燃料電池，其陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的吸附有有機物的生物碳是將生物碳浸泡在循環(huán)流動的有機廢水中，浸泡時間為6 8小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的有機廢水為生活污水或來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的生物炭是通過以下方法制備生物炭原料首先經(jīng)過熱解，然后再活化，最后經(jīng)酸洗處理；所述的熱解為熱解保護氣為氮氣，加熱速率為10-15°C /min，熱解終溫溫度為600-700°C，熱解時間為I. 5_2h ;所述的活化為活化氣體為二氧化碳，活化溫度為750-850°C，活化時間為1-1. 5h ;所述的酸洗為采用I.0-1. 5mol/L鹽酸溶液酸洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水，其包括吸附有有機物的生物碳與有機廢水，其固液質(zhì)量比為I :4 5，pH值為7. O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用生物炭增強微生物燃料電池放電電壓的微生物燃料電池和方法。該電池包括陽極電極、陽極電極液和陰極電極，所述的陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。該方法包括配置微生物燃料電池，啟動并運行微生物燃料電池，利用微生物燃料電池處理有機廢水，所述微生物燃料電池，其陽極電極液為含有吸附有有機物的生物碳的有機廢水。本發(fā)明將有機廢水中的有機物富集于生物炭中，配制生物炭與有機廢水的混合液作為微生物燃料電池的陽極電極液，這樣可提高微生物燃料電池放電電壓優(yōu)勢，解決了微生物燃料電池處置廢水過程中難以規(guī)?；糯蟮膯栴}，有利于微生物燃料電池的規(guī)?；瘧?。
文檔編號H01M8/16GK102810682SQ20121029554
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者袁浩然, 魯濤, 趙丹丹, 陳勇, 黃宏宇, 小林敬幸 申請人:中國科學院廣州能源研究所