本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高微生物燃料電池處理聚醚廢水產(chǎn)電量的方法。

背景技術(shù)：

聚醚廢水是聚醚多元醇類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢水，基本組分為聚醚多元醇、苯乙烯、丙烯腈等，具有污染物種類多，成分復(fù)雜，有機(jī)濃度高，水質(zhì)波動(dòng)較大等特點(diǎn)。聚醚廢水的cod濃度較高，其成分復(fù)雜但毒性不大，廢水中含有各種分子量的聚醚產(chǎn)品中間體、未完全反應(yīng)的原料及副反應(yīng)產(chǎn)品，是一種較難降解的廢水。在國(guó)內(nèi)外聚醚廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，利用微生物燃料電池(mfc)陽極氧化處理具有處理效率高、無二次污染、不需額外電能輸入等優(yōu)勢(shì)。微生物燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的產(chǎn)電裝置，但是微生物燃料電池的產(chǎn)電量普遍較低。

為解決上述問題，趙煜(煤炭轉(zhuǎn)化,2012,04，89-93)等提出在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度提高可以有效提高微生物的電化學(xué)活性，增強(qiáng)細(xì)菌的產(chǎn)電能力，但其缺陷是需要額外輸入電能。m.c.costa(bioresourcetechnology101.2010，105–110)等提出在陽極厭氧條件下添加蒽醌-2,6-二磺酸鈉(aqds)能顯著提高微生物燃料電池的產(chǎn)電率，但其缺陷是蒽醌-2,6-二磺酸鈉易隨出水流失造成二次污染。有效提高微生物燃料電池的產(chǎn)電量的方法可謂是少之又少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一中提高微生物燃料電池產(chǎn)電量的方法，應(yīng)用于聚醚廢水的處理當(dāng)中。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加速微生物燃料電池陽極處理聚醚廢水的方法，采用碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰、陽電極，以增加陽極電子傳遞的速率，提高微生物燃料電池陽極聚醚廢水氧化去除cod的速率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：微生物燃料電池的陽極室中是在微生物作用下被氧化的cod為5000mg/l的聚醚廢水，陰極室中是待降解的甲基橙(20mg/l)。采用三電極隔膜式h型電解槽，將碳?xì)肿鳛楣ぷ麟姌O，在工作電極室內(nèi)加入100ml濃度為0.029mol/l的蒽醌-2,6-二磺酸鈉和20ml濃度為0.12mol/l的聚吡咯的均勻混合液，在電流密度為1.83～1.86ma/cm²、溫度為10.0～10.2℃、聚合時(shí)間為3600～3800s的條件下在工作電極表面形成一層聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉薄層，制得碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉電極；再將碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極分別作為微生物燃料電池的陽極和陰極插入體積相等且其間以質(zhì)子交換膜相隔的陽極室和陰極室中，并將碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極接入外電路；最后，陽極室中的被氧化的聚醚廢水產(chǎn)生電子、質(zhì)子，電子傳遞至碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極表面，經(jīng)由外電路到達(dá)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極，質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜擴(kuò)散至陰極室，陰極室中的甲基橙染料、質(zhì)子和經(jīng)外電路到達(dá)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極的電子在碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極表面與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成h2o2，使甲基橙被氧化脫色。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的有益效果:一、本發(fā)明采用電聚合-摻雜技術(shù)制備碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉(cf/ppy/aqds)電極，在微生物燃料電池陰、陽電極同時(shí)采用cf/ppy/aqds電極，增加陽極電子傳遞的速率(即電子從微生物細(xì)胞內(nèi)傳遞到燃料電池陽極的過程)，顯著提高微生物燃料電池氧化聚醚廢水的速率，能快遞有效地處理聚醚廢水。二、本發(fā)明不需要額外輸入電能。微生物燃料電池陽極室產(chǎn)生的電子從微生物細(xì)胞傳遞至陽極表面經(jīng)由外電路到達(dá)陰極電極，電子不斷地產(chǎn)生、傳遞、流動(dòng)形成電流，完成產(chǎn)電過程。同時(shí)，陰、陽電極同時(shí)采用cf/ppy/aqds電極提高微生物燃料電池產(chǎn)電性能。三、本發(fā)明以廢治廢，陽極氧化聚醚廢水產(chǎn)生的電能用于陰極的甲基橙燃料的氧化，具有非常高的環(huán)境友好性。四、本發(fā)明對(duì)甲基橙和聚醚廢水的降解速率較快。陰極還原反應(yīng)用于去甲基橙，陽極氧化反應(yīng)用于去除本身較難降解的聚醚廢水。陰、陽電極同時(shí)采用cf/ppy/aqds電極增加了陽極電子傳遞的速率，加快了陽極的氧化反應(yīng)和加大了陰極表面產(chǎn)生的h2o2的量，提高了對(duì)甲基橙和聚醚廢水的降解速率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)際例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中:1.電極插孔，2.硅膠墊圈和墊片，3.陽極室，4.陰極室，5.碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極，6.碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極，7.質(zhì)子交換膜，8.墊板，9.攪拌器，10.曝氣頭。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例微生物燃料電池輸出電壓隨時(shí)間變化關(guān)系曲線圖。

圖2中:曲線cf/ppy/aqds是陰、陽電極均采用碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉(cf/ppy/aqds)電極所做微生物燃料電池的輸出電壓隨時(shí)間變化關(guān)系曲線圖；曲線cf是陰、陽電極采用碳?xì)蛛姌O所做微生物燃料電池的輸出電壓隨時(shí)間變化關(guān)系曲線圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例微生物燃料電池陽極室內(nèi)聚醚廢水cod去除率隨時(shí)間變化關(guān)系圖。

圖3中：曲線cf/ppy/aqds是陰、陽電極均采用碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉(cf/ppy/aqds)電極所做微生物燃料電池的陽極室內(nèi)聚醚廢水cod隨時(shí)間變化關(guān)系曲線圖；曲線cf是陰、陽電極采用碳?xì)蛛姌O所做微生物燃料電池的陽極室內(nèi)聚醚廢水cod隨時(shí)間變化關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

先制備碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉(cf/ppy/aqds)電極，方法是：先將碳?xì)址旁跓岱磻?yīng)爐中，以氨氣為氣體介質(zhì)，在溫度為600℃、時(shí)間為30s的條件下反應(yīng)，以增加碳?xì)直缺砻娣e。然后利用常規(guī)的電聚合-摻雜技術(shù)，采用三電極隔膜式h型電解槽，將表面積為3.0×3.0cm²的碳?xì)肿鳛楣ぷ麟姌O，在三電極隔膜式h型電解槽的工作電極室內(nèi)加入100ml濃度為0.029mol/l的蒽醌-2,6-二磺酸鈉(aqds)和20ml濃度為0.12mol/l的聚吡咯(ppy)后混合均勻。三電極隔膜式h型電解槽內(nèi)的輔助電極室內(nèi)的輔助電極為鉑片，鉑片表面積為1.0×1.0cm²，將輔助電極室通過陽離子交換膜與工作電極室相連。在輔助電極室內(nèi)填充120ml，濃度為0.1mol/l的h2so4。三電極隔膜式h型電解槽內(nèi)的參比電極采用飽和甘汞電極，用二次去離子水配制3mol/l，溫度為20℃的kcl飽和溶液120ml，參比電極通過鹽橋與工作電極室連接。使用恒電位/恒電流儀控制三電極隔膜式h型電解槽的工作電流密度為1.83～1.86ma/cm²，制備溫度為10.0～10.2℃，聚合時(shí)間為3600～3800s。在工作電極表面形成一層聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉薄層，制得一個(gè)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和一個(gè)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極，將一個(gè)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極和一個(gè)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極這兩個(gè)電極保存在充有高純氮的蒸餾水中。

如圖1所示的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)，采用雙池式結(jié)構(gòu)，具有體積相等的陽極室3和陰極室4，陽極室3和陰極室4之間用質(zhì)子交換膜7相隔開，質(zhì)子交換膜7的頂端和底端通過硅膠墊圈和墊片2密封，陽極室3和陰極室4底部固定連接一塊墊板8，陽極室3中具有聚醚廢水，底物在微生物作用下被氧化，陰極室4中是甲基橙廢水。陽極室3和陰極室4的頂部均連接一個(gè)電極插孔1，將上述制得的碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極5通過陽極室3頂部的電極插孔1插入陽極室3中，將上述制得的碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極6通過陰極室4頂部的電極插孔1插入陰極室4中。將碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極6和碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極5接入外電路。

陽極室3的底物氧化產(chǎn)生電子、質(zhì)子及代謝產(chǎn)物，其中產(chǎn)生的電子通過介體傳遞至被包埋的碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陽極5表面，再經(jīng)外電路到達(dá)陰極室4中的碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極6，產(chǎn)生的質(zhì)子從陽極室3經(jīng)過質(zhì)子交換膜7擴(kuò)散至陰極室4，陰極室4中的電子受體o2、水和經(jīng)外電路到達(dá)碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極6的電子在碳?xì)?聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸鈉陰極6表面被催化發(fā)生還原反應(yīng)，這樣，微生物燃料電池的陰極同時(shí)采用cf/ppy/aqds電極，陽極采用cf/ppy/aqds電極增加了陽極電子傳遞的速率，不僅提高了微生物燃料電池產(chǎn)電性能，還加快了陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生更多的h2o2，使甲基橙被快速氧化脫色，聚醚廢水被快速降解。同時(shí)，電子不斷地產(chǎn)生、傳遞、流動(dòng)形成電流，完成產(chǎn)電過程。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。