專利名稱：一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組的制作方法
技術領域：
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電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池及電池組。
背景技術：
由于人口增長和經濟發(fā)展導致人均用水量增加，在過去的三個世紀里，人類提取的淡水資源增加了 35倍，淡水資源在時空上分布不均，加上人類的不合理利用，使世界上去多國家地區(qū)面臨著嚴重的水資源危機。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過淡化。目前，全世界有一百二十多個國家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術取得淡水，據(jù)統(tǒng)計，海水淡化系統(tǒng)與生產量以每年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法、電滲析法、 蒸餾法、反滲透法，就目前經濟技術水平而言，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能技術，它以微生物作為催化劑，直接將生物質能轉化為電能，將微生物燃料電池技術同海水淡化技術結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)生產中的連續(xù)作業(yè)，底物在陽極室被產電微生物氧化并釋放出H+質子，同時陰極室產生的H0_離子使陽極室和陰極室的pH環(huán)境急劇變化，整個裝置很難穩(wěn)定及可持續(xù)運行。通常的解決辦法是在陽極室投加堿性物質，在陰極室投加酸性物質以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，但卻增加了生產成本和控制難度。
發(fā)明內容
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裝置穩(wěn)定及可持續(xù)運行，在陽極室投加堿性物質，在陰極室投加酸性物質，增加了生產成本和控制難度的問題，進而提出一種用于同步產電脫鹽的連續(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方案是本發(fā)明所述一種用于同步產電脫鹽的連續(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器箱體、陰離子交換膜、陽離子交換膜、陽極、陽極導線、空氣陰極和空氣陰極導線，所述反應器箱體內由上至下依次設有陽極室、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，所述陽極導線與陽極連接，所述空氣陰極安裝在陰極室內，所述空氣陰極導線與空氣陰極連接，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水口連通。本發(fā)明所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個電池單元，第一個電池單元的陰極室的出水口與第二個電池單元的陽極室的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元的陰極室的出水口與第N個電池單元的陽極室的進水口連通，第一個電池單元的脫鹽室的出水口與第二個電池單元的脫鹽室的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元的脫鹽室的出水口與第N個電池單元的脫鹽室的進水口連通，所述N大于2，每個電池單元的陽極室的出水口與自身的陰極室的進水口連通。本發(fā)明所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個電池單元，第一個電池單元的陽極室的出水口與第二個電池單元的陰極室的進水口連通，第一個電池單元的陰極室的出水口與第二個電池單元的陽極室的進水口連通，第一個電池單元的脫鹽室的出水口與第二個電池單元的脫鹽室的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元的陽極室的出水口與第N個電池單元的陰極室的進水口連通，第N-I個電池單元的陰極室的出水口與第N個電池單元的陽極室的進水口連通，第N-I個電池單元的脫鹽室的出水口與第N個電池單元的脫鹽室的進水口連通，第N個電池單元的陽極室的出水口與第N個電池單元的陰極室的進水口連通，所述N大于2。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實現(xiàn)了 MFC或MDC的連續(xù)運行，適宜于在實際工程中應用，以lg/L木糖為底物運行時，電池最大功率密度達到870mw/m2，脫鹽速率為137mM/ d;單個電池獨立運行時，廢水通過管路在本發(fā)明的陽極室和陰極室之間循環(huán)，使陽極室產生的H+質子和陰極室產生的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)定高效運行；以多個電池單元組成電池組模式運行時，不同電池單元之間的陽極室H+質子和陰極室產生的0H_離子相互中和，單個電池單元內部pH相對穩(wěn)定；本發(fā)明在處理廢水的同時獲得電能，并且實現(xiàn)脫鹽的目的，本發(fā)明脫鹽效率最高時外電阻范圍在1-50歐姆范圍內，輸出功率最大值在100-300歐姆范圍內，本發(fā)明結構簡單，操作方便， 降低了生產成本。
圖1是具體實施方式
一所述電池的整體結構示意圖，圖2是具體實施方式
二所述電池組的整體結構示意圖，圖3是具體實施方式
三所述電池組的整體結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1所示，本實施方式所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池包括電池單元A，所述電池單元A包括反應器箱體1、陰離子交換膜2、陽離子交換膜3、陽極4、陽極導線5、空氣陰極6和空氣陰極導線7，所述反應器箱體1內由上至下依次設有陽極室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，所述陽極導線5與陽極4連接，所述空氣陰極6安裝在陰極室1-3內，所述空氣陰極導線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的進水口連通。本發(fā)明由生活污水啟動，啟動時外電路負載為1000歐姆， 當輸出電壓為50mV時更換底物，輸出電壓穩(wěn)定三周后連續(xù)流運行，連續(xù)流運行時外電路負載范圍在1-1000歐姆范圍內調整，脫鹽效率最高時外電阻范圍在1-50歐姆范圍內，輸出功率最大值在100-300歐姆范圍內。本實施方式中廢水或生物質由陽極室1-1的進水口進入陽極室1-1被產電微生物氧化，電子傳遞到陽極并釋放出H+質子，陽極溶液通過水泵9由連通管8進入陰極室1-3，與陰極室1-3內產生的HO離子中和產生水，最終由陰極室1-3的出水口排出或由陽極室1-1的進水口進入陽極室1-1內再次循環(huán)，陽極室1-1和陰極室1-3始終處于一個相對穩(wěn)定的PH環(huán)境。
具體實施方式
二 如圖2所示，本實施方式所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，包括N個如具體實施方式
一所述的電池單元A，第一個電池單元A的陰極室1-3的出水口與第二個電池單元A的陽極室1-1的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元A的陰極室1-3的出水口與第N個電池單元A的陽極室1-1的進水口連通，第一個電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第二個電池單元A的脫鹽室1-2的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第N個電池單元A的脫鹽室1-2 的進水口連通，所述N大于2，每個電池單元A的陽極室1-1的出水口與自身的陰極室1-3 的進水口連通。本實施方式中第一個電池單元A的陽極室1-1的進水口出設有高壓水泵， 廢水通過高壓水泵注入第一電池單元A的陽極室1-1內。
具體實施方式
三如圖3所示，本實施方式所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個如具體實施方式
一所述的電池單元A，第一個電池單元A的陽極室1-1的出水口與第二個電池單元A的陰極室1-3的進水口連通，第一個電池單元A的陰極室1-3的出水口與第二個電池單元A的陽極室1-1的進水口連通，第一個電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第二個電池單元A的脫鹽室1-2的進水口連通，依此類推直至第N-I 個電池單元A的陽極室1-1的出水口與第N個電池單元A的陰極室1-3的進水口連通，第 N-I個電池單元A的陰極室1-3的出水口與第N個電池單元A的陽極室1-1的進水口連通， 第N-I個電池單元A的脫鹽室1-2的出水口與第N個電池單元A的脫鹽室1-2的進水口連通，第N個電池單元A的陽極室1-1的出水口與第N個電池單元A的陰極室1-3的進水口連通，所述N大于2。本實施方式中第一個電池單元A的陽極室1-1的進水口處設有高壓水泵，第一個電池單元A的陰極室1-3的進水口處設有高壓水泵，廢水通過高壓水泵注入第一個電池單元A的陽極室1-1內，經過被產電微生物氧化后產生的溶液經過N個電池單元 A循環(huán)后通過高壓水泵流回第一個電池單元A的陰極室1-3內。工作原理生活污水或生物質由陽極室1-1的進水口進入陽極室1-1內被產電微生物氧化， 電子傳遞到陽極4并釋放出H+質子，陽極室1-1內的溶液通過水泵9由連通管8進入陰極室1-3內，與陰極室1-3內產生的HO離子中和產生水，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始終處于一個相對穩(wěn)定的pH環(huán)境；在電池單元內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進入陽極室1-1內，脫鹽室1-2中的Na+離子通過陽離子交換膜3進入陰極室1-3內，經過一段時間的電解后，脫鹽室1-2中的NaCl被去除，脫鹽室1-2內的鹽水脫鹽后通過脫鹽室1-2的出水口排出。
權利要求
1.一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池，它包括電池單元(A)，所述電池單元(A)包括反應器箱體(1)、陰離子交換膜(2)、陽離子交換膜(3)、陽極(4)、陽極導線 (5)、空氣陰極(6)和空氣陰極導線(7)，所述反應器箱體(1)內由上至下依次設有陽極室 (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，所述陽極導線(5)與陽極(4)連接，所述空氣陰極(6)安裝在陰極室(1-3)內，所述空氣陰極導線(7)與空氣陰極(6)連接，其特征在于所述一種用于同步產電脫鹽的連續(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)的進水口連通。
2.一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，其特征在于所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個如權利要求1所述的電池單元(A)，第一個電池單元(A)的陰極室(1-3)的出水口與第二個電池單元(A)的陽極室(1-1)的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元(A)的陰極室(1-3)的出水口與第N個電池單元(A) 的陽極室(1-1)的進水口連通，第一個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的出水口與第二個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元(A)的脫鹽室 (1-2)的出水口與第N個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進水口連通，所述N大于2，每個電池單元㈧的陽極室(1-1)的出水口與自身的陰極室(1-3)的進水口連通。
3.一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組，其特征在于所述一種用于同步產電脫鹽的連續(xù)流微生物燃料電池組包括N個如權利要求1所述的電池單元(A)，第一個電池單元(A)的陽極室(1-1)的出水口與第二個電池單元(A)的陰極室(1-3)的進水口連通，第一個電池單元㈧的陰極室(1-3)的出水口與第二個電池單元㈧的陽極室(1-1)的進水口連通，第一個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的出水口與第二個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進水口連通，依此類推直至第N-I個電池單元(A)的陽極室(1-1)的出水口與第N個電池單元㈧的陰極室(1-3)的進水口連通，第N-I個電池單元㈧的陰極室(1-3) 的出水口與第N個電池單元㈧的陽極室(1-1)的進水口連通，第N-I個電池單元㈧的脫鹽室(1-2)的出水口與第N個電池單元(A)的脫鹽室(1-2)的進水口連通，第N個電池單元㈧的陽極室(1-1)的出水口與第N個電池單元㈧的陰極室(1-3)的進水口連通， 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裝置穩(wěn)定及可持續(xù)運行，在陽極室投加堿性物質，在陰極室投加酸性物質，增加了生產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水口連通；本發(fā)明所述電池組由N個電池單元串聯(lián)組成。本發(fā)明用于處理廢水，同時獲得電能并進行鹽水脫鹽。
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