一种超越太阳能发电的微生物燃料电池的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及了一种超越太阳能发电的微生物燃料电池。


背景技术：

2.微生物燃料电池是一种利用微生物的催化氧化作用，将燃料中的化学能转化为电能的电化学装置；在传统的污水处理中，对于含有大量有机物的污水主要通过活性污泥法进行处理，原理在于，利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以吸附去除污水中的有机污染物；但这样的处理方式，处理后会产生大量的剩余污泥，若处理不得当还会造成二次污染。而污水传统的消毒方式则主要通过氯化消毒以及臭氧消毒两种，氯化消毒虽然廉价，但是由于氯气具有毒性，在运输以及投加过程中都需要小心谨慎；而臭氧消毒所需要的成本则偏高。
3.基于此，由于微生物燃料电池其以好氧微生物作为催化剂完成氧的催化还原，这些微生物能够简单地从好氧污泥中获得，造价低廉，极大地提高了微生物燃料电池在实际中的可应用性和可持续性，因此本发明主要提供了一种超越太阳能发电的微生物燃料电池，装置简单实用，其使用污泥作为燃料，同时起到净化污泥的作用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种超越太阳能发电的微生物燃料电池，装置简单实用，其使用污泥作为燃料，同时起到净化污泥的作用。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
6.一种超越太阳能发电的微生物燃料电池，包括反应器和消毒器，反应器中设有质子交换膜，质子交换膜将反应器分割为封闭的阳极室和阴极室，阳极室内设有阳极电极，在阴极室内设有阴极电极，消毒器上设有阳极端和阴极端，反应器上的阳极电极与阳极端通过导线连接，阴极电极则与阴极端通过导线连接，阳极室上设有进液口，阴极室上设有连通消毒器的排水口，阴极室的顶部还设有进气孔，质子交换膜与反应器之间为可拆卸连接。
7.进一步，所述阳极电极和阴极电极均采用纳米多孔材料修饰碳基材料制成。
8.进一步，所述进气孔处固定有位于阴极室外部的气管，气管的高度不低于50mm。
9.进一步，还包括第一安装框架和第二安装框架，所述第一安装框架以及第二安装框架均采用热塑性高分子材料制成，质子交换膜安装在第一安装框架与第二安装框架之间。
10.进一步，所述第一安装框架靠近第二安装框架一端周向开设有若干限位孔，限位孔为球形孔，在第二安装框架靠近第一安装框架一端周向一体成型有若干与限位孔对应的限位球头，限位球头能够卡紧在球形孔内。
11.进一步，所述质子交换膜包括膜本体、催化剂层和扩散层，其中催化剂层采用pt材料制成，其设置在膜本体的表面，且靠近阳极室一侧，扩散层采用碳纤维材料制成，其设置
在催化剂层上。
12.进一步，所述安装框架的外周开设有若干连接孔，连接孔等间距分布，在反应器上开设有对应的安装孔，连接孔和安装孔内装有螺栓。
13.进一步，所述安装框架的外周还开设有分别位于连接孔两侧的条形槽，条形槽与安装框架平行设置，在条形槽内设有密封胶条。
14.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
15.1、本发明在使用时，污水通过进液口进入到阳极室内，阳极室内预先放置有多种产电菌，这样污水中的有机物会与阳极室内的产电菌发生氧化反应，生成氢离子、电子等，其中氢离子能够通过质子交换膜进入到阴极室，通过电线给与阴极的电子与水中的氧气发生还原反应生成水，同时产生电流，电流通过阳极电极以及阴极电极提供给消毒器，从而对进入到消毒器的水进行消毒处理，而氧气主要则从进气孔供给，本发明提供的燃料电池装置简单实用，其使用污泥作为燃料，同时起到净化污泥的作用。
16.2、本发明提供的微生物燃料电池是将富集在阳极电极的微生物作为催化剂，通过降解有机物，使储存在有机物内部的化学能转化成电能，其中在阳极室中，微生物催化氧化有机底物产生电子和质子，电子通过外电路传递到阴极电极，质子则通过离子交换膜扩散至阴极室，在阴极电极表面与电子、电子受体(如氧气等)发生三相还原反应，从而形成电流回路。
17.3、本发明提供的微电流消毒的原理是，阳极电极由于采用纳米多孔材料修饰碳基材料制成，因此其外表面具有较大的比表面积，这样在通电的状态下，控制一定的电流密度，激发的电子通过介质从阳极端传到阴极端，在转移过程中能产生具有氧化性的物质，这些物质能够与细菌、病毒细胞等发生氧化作用而致其失活或死亡，从而实现消毒功能。
附图说明
18.图1为本发明一种超越太阳能发电的微生物燃料电池实施例的整体结构示意图。
19.图2为本发明一种超越太阳能发电的微生物燃料电池实施例中安装框架的局部剖视图。
20.说明书附图中的附图标记包括：反应器1、消毒器2、质子交换膜3、阳极室11、阴极室12、阳极电极13、阴极电极14、阳极端15、阴极端16、进液口17、排水口18、气管19、第一安装框架20、第二安装框架21、限位球头22、螺栓23、密封胶条24、膜本体25、催化剂层26、扩散层27。
具体实施方式
21.以下结合说明书附图对本发明作进一步详细说明，并给出具体实施方式。
22.实施例基本如图1和图2所示，一种超越太阳能发电的微生物燃料电池，包括反应器1和消毒器2，其中在反应器1的中部设有质子交换膜3，其中质子交换膜3将反应器1分割为封闭的阳极室11和阴极室12，其中左边为阳极室11，而右边为阴极室12，即质子交换膜3竖向设置在反应器1中，在阳极室11内设有阳极电极13，在阴极室12内设有阴极电极14，其中阳极电极13和阴极电极14均竖向设置在反应器1的顶部，本实施例中阳极电极13和阴极电极14均采用纳米多孔材料修饰碳基材料制成。
23.消毒器2上设有阳极端15和阴极端16，其中反应器1上的阳极电极13与阳极端15通过导线连接，而阴极电极14则与阴极端16通过导线连接，在阳极室11上设有进液口17，在阴极室12上设有连通消毒器2的排水口18，另外阴极室12的顶部还设有进气孔，进气孔处固定有位于阴极室12外部的气管19，气管19的高度不低于50mm。
24.本实施例中质子交换膜3与反应器1之间为可拆卸连接，具体为：还包括第一安装框架20和第二安装框架21，其中第一安装框架20以及第二安装框架21均采用热塑性高分子材料制成，质子交换膜3安装在第一安装框架20与第二安装框架21之间，在第一安装框架20靠近第二安装框架21一端周向开设有若干限位孔，限位孔为球形孔，在第二安装框架21靠近第一安装框架20一端周向一体成型有若干与限位孔对应的限位球头22，限位球头22能够卡紧在球形孔内，从而将质子交换膜3固定在第一、第二安装框架21之间。
25.在安装框架的外周开设有若干连接孔，连接孔等间距分布，在反应器1上开设有对应的安装孔，通过螺栓23装入连接孔和安装孔，实现安装框架的可拆卸连接，另外在安装框架的外周还开设有分别位于连接孔两侧的条形槽，条形槽与安装框架平行设置，在条形槽内设有密封胶条24，这样能够保证阳极室11与阴极室12之间的液体不会相互渗透。
26.本实施例中质子交换膜3包括膜本体25、催化剂层26和扩散层27，其中催化剂层26采用pt材料制成，其设置在膜本体25的表面，且靠近阳极室11一侧，扩散层27采用碳纤维材料制成，其设置在催化剂层26上。
27.在使用时，污水通过进液口17进入到阳极室11内，阳极室11内预先放置有多种产电菌，这样污水中的有机物会与阳极室11内的产电菌发生氧化反应，生成氢离子、电子等，其中氢离子能够通过质子交换膜3进入到阴极室12，通过电线给与阴极的电子与水中的氧气发生还原反应生成水，同时产生电流，电流通过阳极电极13以及阴极电极14提供给消毒器2，从而对进入到消毒器2的水进行消毒处理，而氧气主要则从进气孔供给。
28.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
29.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。