專利名稱：電解質(zhì)增強(qiáng)的微生物燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物燃料電池。本發(fā)明還涉及改善使用電解質(zhì)的燃料電池的操作的方法。本發(fā)明還涉及從含有可生物降解材料的流體例如廢水產(chǎn)生電的方法。此外，本發(fā)明涉及從含有可生物降解材料的流體例如廢水除去可生物降解材料的方法。此外，本發(fā)明涉及減少來自工業(yè)方法和廢水處理的流出物的電解質(zhì)水平的方法。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池是已知的。20世紀(jì)60年代授權(quán)的披露和涉及在不燃燒的環(huán)境中生產(chǎn)電和使用微生物燃料電池從水中除去有機(jī)污染物的方法的專利參見Davis等的US3，331，705;Davis 等的 US 3，301，705 和 Helmuth US3, 340，094。一般地，微生物燃料電池通過使含有可生物降解材料的流體，例如廢水流，與催化可生物降解材料的降解的微生物在陽極存在下接觸而工作。所述廢水流的來源可包括來自商業(yè)或者工業(yè)方法的流體，或者來自水處理工廠。該微生物產(chǎn)生副產(chǎn)物，包括電子。所述微生物催化簡單和復(fù)雜的有機(jī)物分解成水、氫離子(質(zhì)子)和二氧化碳，并且在分解的過程中產(chǎn)生電子。所述電子被從所述微生物傳遞到所述陽極。所述陽極通過電子導(dǎo)管和離子導(dǎo)管二者與陰極接觸。所述電子通過所述電子導(dǎo)管被從陽極傳遞到陰極。這是典型的外部外部回路。通過陽極和陰極之間的電勢差(即電壓)將電子從陽極驅(qū)動(dòng)到陰極。借助于置于外部回路中的合適的裝填物，可俘獲一部分所產(chǎn)生的在陽極和陰極之間的電能，用于其它目的。為了保持電中性，電子從陽極至陰極的流動(dòng)必須也伴隨著離子的流動(dòng)?；蛘呤顷栯x子將會(huì)從陽極移動(dòng)到陰極，或者陰離子將會(huì)從陰極移動(dòng)到陽極，或者陽離子和陰離子二者都將在陽極和陰極之間移動(dòng)。離子通過離子導(dǎo)管傳導(dǎo)。理想地，所述離子導(dǎo)管是離子傳導(dǎo)性的而非電子傳導(dǎo)性的。典型的燃料電池具有共同的特征，包括電子供體，在陽極被氧化的燃料，所述陽極是導(dǎo)電的固體，其接受來自該供體的電子，在微生物燃料電池中，燃料是可生物降解材料；需要催化劑來進(jìn)行在陽極上的氧化反應(yīng)，在微生物燃料電池中微生物用作催化劑；所述電子移動(dòng)通常通過外部導(dǎo)管從陽極至陰極通過電導(dǎo)管，所述陰極是另一導(dǎo)電固體；在陰極上，將電子添加到電子受體上，通常為氧；和任何陽離子，例如質(zhì)子(H+)，鈉離子(Na+)，鉀離子(K+)，單獨(dú)地從陽極移動(dòng)到陰極，或者陰離子，例如氫氧根離子(0H—)，氯離子(Cl—)從陰極移動(dòng)至陽極，從而保持陽極隔間中的電中性。沒有使氫離子從陽極隔間或者氫氧根離子移動(dòng)到陽極隔間會(huì)導(dǎo)致陽極隔間的酸化，和隔間之間的PH梯度。在微生物燃料電池的陽極隔間中使用微生物或者其它生物催化劑通常需要接近中性的pH。pH梯度的實(shí)際效果是電壓效率降低，其因此降低發(fā)電。Rittmann等的WO 2010/008836通過將二氧化碳添加到陰極隔間中解決了這個(gè)問題。
微生物燃料電池提供了環(huán)境友好地發(fā)電和流體純化的保證，并且除了以上指出的PH梯度問題之外也存在幾個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。廢水是可以使用微生物燃料電池純化的普通的含有可生物降解材料的流體。大部分廢水流具有有限的導(dǎo)電性，這抑制了離子在陰極和陽極之間的傳輸。在測試系統(tǒng)中，將緩沖液，例如磷酸鹽，添加到水中來同時(shí)提高導(dǎo)電性和最小化由于在陽極的附近水的酸化導(dǎo)致的PH值變化。添加緩沖液幫助廢水的純化是起反作用的。因此需要不需要添加緩沖液的微生物燃料電池和使用微生物燃料電池的方法。用于微生物燃料電池中的典型的陰極使用貴金屬(其中鉬是優(yōu)選的)作為催化劑。貴金屬是非常昂貴的，并且影響微生物燃料電池的成本效率。微生物燃料電池也在陰極需要氧化劑，以便于該系統(tǒng)處于電和化學(xué)平衡。許多測試系統(tǒng)使用鐵氰化物作為陰極電解質(zhì)(catholyte)，氧化劑。具有這種氧化劑的微生物燃料電池不是環(huán)境友好的，它們也不是經(jīng)濟(jì)上可以承受的。微生物燃料電池對(duì)化學(xué)環(huán)境非常敏感，其中環(huán)境的每個(gè)改變都會(huì)阻礙該系統(tǒng)以最優(yōu)的方式工作，或者是根本上阻礙該系統(tǒng)工作。以上所述的所有的問題都需要合適地以一種方式解決，從而使得微生物燃料電池能夠高效地工作，然后才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)系統(tǒng)。微生物燃料電池，如所有的其它燃料電池一樣，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。從操作電池獲得的電壓小于理 論值。理論電池電壓和實(shí)際操作電池電壓之間的差由四種主要的原料損失產(chǎn)生，這描述于 Larminie and Dicks 的“Fuel Cell Systems Explained” 中；活化作用損失，燃料交疊和內(nèi)電流，歐姆損失和物質(zhì)傳遞(或者濃度)損失?；罨饔脫p失是由在電極的表面上發(fā)生的反應(yīng)變慢導(dǎo)致的。燃料交疊和內(nèi)電流是由燃料從陽極泄漏到陰極，或者氧化劑從陰極泄露到陽極，以及通過該離子導(dǎo)管的電子傳導(dǎo)導(dǎo)致的。歐姆損失是由于壓降導(dǎo)致的，該壓降是由于對(duì)電子通過電極和各種互聯(lián)和電子導(dǎo)管的材料流動(dòng)的直接電阻以及離子流動(dòng)通過電極和離子導(dǎo)管的電阻導(dǎo)致的。物質(zhì)傳遞或者濃度損失是在燃料被使用時(shí)反應(yīng)物在電極的表面的濃度變化引起的。因?yàn)闈舛冉档褪遣荒軐⒆銐虻姆磻?yīng)物傳遞到電極表面導(dǎo)致的，所以這種類型的損失也常常稱為“物質(zhì)傳遞”損失。一些工業(yè)方法制備具有高鹽水平的流出物。例如脫鹽工廠產(chǎn)生具有濃縮的鹽水平的廢物流。一些工業(yè)方法也制備具有高鹽水平的物流。將這些物流直接排出到環(huán)境中不是環(huán)境友好的。在陰極上需要一種氧化劑，其是環(huán)境友好的也是有效的氧化劑。需要這樣的微生物燃料電池，其以一種方式解決了所述問題，從而使得微生物燃料電池能夠用于商業(yè)環(huán)境中。需要這樣的微生物燃料電池和使用這樣的燃料電池的方法，其解決了 PH梯度的問題，其是成本有效的，其不需要在系統(tǒng)中使用緩沖液，其最小化了歐姆損失和物質(zhì)傳遞損失，和其使用了環(huán)境友好的和有效的氧化劑。進(jìn)一步需要的是將廢物流的鹽水平減少至不存在環(huán)境問題的水平。

發(fā)明內(nèi)容
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種方法，其包括A)提供微生物燃料電池，所述微生物燃料電池包括i)含有一種或多種導(dǎo)電材料的陽極，所述陽極安排用來通過所述導(dǎo)電材料給電子提供流路， )與所述陽極電接觸的微生物，iii)含有一種或者多種導(dǎo)電材料的陰極，iv)陰極電解質(zhì)(catholyte)，v)與陽極和陰極二者接觸的電子導(dǎo)管，所述電子導(dǎo)管是回路的一部分；B)引入一種或多種電解質(zhì)或者溶于第一流體中的一種或多種電解質(zhì)與含有可生物降解材料的第二流體的混合物；c)使B)的混合物在微生物存在下與所述陽極接觸；D)使所述陰極與陰極電解質(zhì)接觸；E)從所述微生物燃料電池取出流體混合物。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微生物燃料電池使所述陽極和陰極中的一個(gè)或者二者位于密封的腔室中。在另一實(shí)施方式中，所述微生物燃料電池的陽極置于陽極腔室中，其中所述腔室具有適合于引入含有可生物降解材料和電解質(zhì)的混合流體的入口，和用于從該腔室取出流體的出口。還在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明是微生物燃料電池，其中所述陰極是陰極腔室，其中所述陰極腔室還含有陰極電解質(zhì)，本申請(qǐng)所用的陰極電解質(zhì)是指流體，其含有電子受體，氧化劑。優(yōu)選地，該微生物燃料電池具有適合于引入陰極電解質(zhì)從而使陰極電解質(zhì)置于與陰極接觸的陰極腔室。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，密封該微生物燃料電池的陰極腔室從而防止含有可生物降解材料的流體從微生物燃料電池的外側(cè)進(jìn)入陰極腔室。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微生物燃料電池適合于置于含有可生物降解材料和電解質(zhì)的流體的容器中。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，密封微生物燃料電池的陽極腔室，從而防止除了所述含有可生物降解材料和電解質(zhì)的流體之外的流體從微生物燃料電池的外側(cè)進(jìn)入陽極腔室。還在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，微生物燃料電池的陰極是對(duì)大氣開放的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池的陰極還含有用于電子受體的還原反應(yīng)的催化劑。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述陽極和/或陰極鄰近所述陰離子交換膜設(shè)置。 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種方法，其包括A)提供微生物燃料電池，所述微生物燃料電池包括i)含有一種或多種導(dǎo)電材料的陽極，所述陽極安排用來通過所述導(dǎo)電材料給電子提供流路，ii)與所述陽極電接觸的微生物，iii)含有一種或者多種導(dǎo)電材料的陰極，iv)陰極電解質(zhì)，V)與陽極和陰極二者接觸的電子導(dǎo)管，所述電子導(dǎo)管是回路的一部分；B)引入溶于第一流體中的一種或多種鹽與含有可生物降解材料的第二流體的混合物；C)使B)的混合物在微生物存在下與所述陽極接觸；D)使所述陰極與陰極電解質(zhì)接觸；
E)從所述微生物燃料電池取出流體混合物其中所述第一流體中的鹽的濃度高于對(duì)于排出到環(huán)境中來說可接受的鹽濃度，并且從所述微生物燃料電池取出的流體混合物中的鹽濃度處于或者低于對(duì)于排出到環(huán)境中來說可接受的濃度。應(yīng)該理解，以上所述的方面和實(shí)例是非限制性的，因?yàn)楸旧暾?qǐng)所示和描述的本發(fā)明中存在其它方式。使用本發(fā)明的微生物燃料電池的方法有助于在這些燃料電池中使用具有低導(dǎo)電性的流體，而不需要緩沖液。本發(fā)明的燃料電池和方法有助于有效地從含有可生物降解材料的流體產(chǎn)生能量，和有效地以環(huán)境友好的方式從流體中除去可生物降解材料。本發(fā)明的微生物燃料電池可以以一種方式操作，從而使得避免流體的顯著酸化。本發(fā)明的微生物燃料電池不需要使用不期望的化學(xué)品作為氧化劑。該微生物燃料電池可操作于低的貴金屬加載水平，并且具有高的電流密度例如大于ΙΟΑ/m2，約15A/m2或者更大。本發(fā)明的使用具有低的或者沒有緩沖能力的進(jìn)料流的微生物燃料電池具有高的電流密度例如約3A/m2或更大，更優(yōu)選7A/m2或更大和最優(yōu)選約15A/m2或更大。本發(fā)明的使用具有低導(dǎo)電性的進(jìn)料流的微生物燃料電池具有高的電流密度例如約3A/m2或更大，更優(yōu)選7A/m2或更大和最優(yōu)選約15A/m2或更大。本發(fā)明的微生物燃料電池和本發(fā)明的方法減少歐姆(ohmic)，離子和物質(zhì)的傳送阻力。本發(fā)明的方法三個(gè)提供潛在的環(huán)境益處，從廢物流產(chǎn)生電，減少廢物流中可生物降解材料的量，和將含有環(huán)境不可接受的鹽的流體轉(zhuǎn)化成滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的流體。


圖I是一種微生物燃料電池的圖示。圖2是一種微生物燃料電池的外觀的圖示。圖3是微生物燃料電池的第二實(shí)施方式的圖示。圖4是微生物燃料電池的第三實(shí)施方式的圖示。圖5是微生物燃料電池的第四實(shí)施方式的圖示。圖6是片材狀陽極腔室與陰極和隔板組合的三維視圖。圖7是用于本發(fā)明的方法的微生物燃料電池的電池電壓(cell voltage)V與電流密度A/m2的關(guān)系曲線。 圖8是用于本發(fā)明的方法的微生物燃料電池的功率密度(W/m2)與電流密度A/m2的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)給出的解釋和說明意圖使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員知曉本發(fā)明，它的原理，和它的實(shí)際應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可能以許多形式采用和應(yīng)用本發(fā)明，因?yàn)檫@些形式可能最好地適合于具體應(yīng)用的要求。因此，本申請(qǐng)給出的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
并不意圖是本發(fā)明的窮舉或者是本發(fā)明的限制。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該不參考以上描述確定，而是應(yīng)該參考所附權(quán)利要求，結(jié)合這些權(quán)利要求所意圖的等價(jià)物的全部范圍來確定。所披露的所有文章和參考文獻(xiàn)，包括專利申請(qǐng)和公開，都通過參考并入用于所有的目的。預(yù)期權(quán)利要求中所述的各種特征都可以以這些特征中的兩種或者更多種的組合使用。以上介紹的每個(gè)組件都將在以下段落中和說明性實(shí)施例/實(shí)施方式的描述中詳細(xì)描述。從所附權(quán)利要求中搜集的其它組合也是可能的，也將其通過參考并入本申請(qǐng)的說明書中。本發(fā)明涉及獨(dú)特的解決方案，其用于有效的微生物燃料電池和使用這種燃料電池來產(chǎn)生電和/或從流體除去可生物降解材料的方法。本申請(qǐng)所用的傳導(dǎo)的是指所指出的物質(zhì)提高或者促進(jìn)指出的物質(zhì)例如離子或者電子通過它流動(dòng)。導(dǎo)電的是指指出的物質(zhì)提高或者促進(jìn)電子通過該指定的物質(zhì)流動(dòng)。離子傳導(dǎo)的是指指出的物質(zhì)提高或者促進(jìn)離子通過該指定的物質(zhì)流動(dòng)。該陽極適合于與含有可生物降解材料的流體接觸?？蓪⑺鲫枠O置于含有這樣的流體的容器中，或者可容納在腔室，陽極腔室中。在陽極置于陽極腔室中的實(shí)施方式中，陽極腔室用于容納陽極，所述微生物和所述含有可生物降解材料的流體。陽極腔室可由任何與陽極，所述微生物和含有可生物降解材料的流體相容的材料制造。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陽極腔室可由剛性塑性材料制造。可制造陽極腔室的優(yōu)選塑料包括聚氯乙烯，聚烯烴，丙烯酸類，聚碳酸酯，苯乙烯類和其共混物，包括聚碳酸酯-ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物)。陽極腔室含有用于引入含有可生物降解材料的流體的入口和用于該流體的出口。當(dāng)微生物電池正在合適地工作時(shí)，從所述出口退出的流體具有比進(jìn)料到陽極腔室的流體低的可生物降解材料的濃度。陽極腔室可為便于陽極，微生物和含有可生物降解材料的流體接觸的任何形狀或者構(gòu)型。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陽極腔室成形為提供用于陽極材料和微生物的基床的外殼，所述含有可生物降解材料的流體能夠流過。所述陽極可為任何形狀，其發(fā)揮收集通過可生物降解材料的降解產(chǎn)生的電子的功能。該形狀可為圓柱形的，管狀的，矩形的盒子，片材狀的等。本申請(qǐng)所用的片材狀是指該陰極呈現(xiàn)一種三維片材，其在一個(gè)平面上具有較大的尺寸，和在垂直于由該大尺寸限定的平面的方向上較小的尺寸，其可稱為厚度。在大尺寸的平面中片材狀陽極的形狀可為容許陽極發(fā)揮本申請(qǐng)所述功能的任何形狀。大尺寸的平面中陽極的形狀可為不規(guī)則的，梯形的，圓形的，橢圓形的，方形的，矩形的等。這些形狀不需要是精確的，原因在于梯形、方形和矩形的角可以是導(dǎo)圓的，角度不需要是精確的或者90度。片材狀陽極的各邊不需要是矩形的或者處于直角，而是可為彎曲的或者部分彎曲。本申請(qǐng)所用的邊是該片材狀材料的沿著該小尺寸的側(cè)邊。選擇該腔室的尺寸以使得適合于陽極形狀和體積，和期望的微生物燃料電池的容量，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陽極腔室或者陽極具有片材狀材料的形狀，在兩個(gè)大尺寸的平面中具有矩形形狀。優(yōu)選地，該腔室或者陽極在最小尺寸的方向上的尺寸，即陽極的厚度，為約IOmm或更小,更優(yōu)選約5mm或更小。優(yōu)選地,這一尺寸為約Imm或更大。將該陰極置于與陰極電解質(zhì)接觸。該陰極可以對(duì)于含有陰極電解質(zhì)的環(huán)境是敞開 的。在一種實(shí)施方式中，微生物燃料電池可位于含有可生物降解材料的流體的容器中，例如可將微生物電池浸沒在這樣的流體中。在該實(shí)施方式中，陰極置于陰極腔室中。陰極腔室用來容納陰極和陰極電解質(zhì)。陰極腔室可由與陰極和陰極電解質(zhì)相容的任何材料制造。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陰極腔室可由針對(duì)陽極腔室所描述的剛性塑性材料制造。優(yōu)選地，陰極腔室由與陽極腔室相同的材料制造。陰極腔室可含有引入陰極電解質(zhì)的入口和/或用于含有所述陰極電解質(zhì)的流體的出口。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，陰極腔室容許含有所述陰極電解質(zhì)例如氧的流體擴(kuò)散進(jìn)入陰極腔室和擴(kuò)散出陰極腔室。陰極或者陰極腔室的形狀可為容許陰極發(fā)揮本申請(qǐng)所記載的功能的任何形狀。優(yōu)選地，所述形狀為描述為對(duì)于陽極和陽極腔室優(yōu)選的任何形狀。選擇腔室的尺寸以使得適合于微生物燃料電池的期望容量，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定的。優(yōu)選地，陽極腔室的一部分是朝向陰極敞開的。優(yōu)選地，陰極腔室的一部分是朝向陽極敞開的。優(yōu)選地，陰極腔室和陽極腔室的開口彼此匹配。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，陰極腔室和陽極腔室具有匹配的開口，其適合于配對(duì)并形成封閉的腔室。在一種實(shí)施方式中，兩個(gè)腔室對(duì)彼此是敞開的。優(yōu)選地，將隔板置于陽極腔室或陰極腔室的開口上，或者陽極腔室的開口和陰極腔室的開口之間。隔板用于在陽極和陰極之間電絕緣，并容許離子在陰極和陽極之間流動(dòng)。優(yōu)選地，隔板也防止微生物和可生物降解材料從陽極流動(dòng)到陰極。優(yōu)選地，隔板限制或者防止溶解的氣體或者液體從陽極流至陰極，反之亦然。發(fā)揮這一功能的任何隔板都可用于本發(fā)明中。隔板的優(yōu)選形式包括絲網(wǎng)(screens)，織物(cloth)，膜材和隔膜。優(yōu)選地，離子交換膜位于陽極腔室或陰極腔室的開口上，或者在陽極腔室和陰極腔室之間各自的開口上。優(yōu)選地，將密封件置于陽極腔室，陰極腔室或者陰極和陽極的匹配開口各邊的周圍，從而抑制、控制或者防止流體被傳送進(jìn)出陽極腔室，陰極腔室或燃料電池，或者陰極腔室和陽極腔室之間。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，置于陰極和陽極腔室之間的所述絲網(wǎng)，織物，膜材和隔膜也用作兩個(gè)腔室結(jié)合的外周周圍的密封件。所述陽極由導(dǎo)電材料組成?？墒褂门c所述微生物相容的、導(dǎo)電的任何材料。與所述微生物相容是指所述陽極材料不殺死所述微生物或者與所述微生物相互作用催化可生物降解材料的分解。所用的導(dǎo)電的是指該材料能夠傳遞在陽極腔室中產(chǎn)生的電子。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電材料是導(dǎo)電的金屬，或者導(dǎo)電的碳。優(yōu)選的導(dǎo)電的金屬是鈦。導(dǎo)電的任何碳都可用于本發(fā)明中。優(yōu)選的碳類型是炭黑，石墨，石墨烯，石墨氧化物和碳納米管。碳的另一優(yōu)選形式包括膨脹石墨的基質(zhì)，其具有通過所述碳基質(zhì)的孔。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該導(dǎo)電材料包括碳織物(carbon cloth),復(fù)寫紙(carbon paper),碳租(carbon felt),碳毛織品(carbon wool)，碳泡沫體，石墨，多孔石墨，石墨粉，石墨顆粒，石墨纖維，聚集的導(dǎo)電炭黑和網(wǎng)狀化的玻璃碳(reticulated vitreous carbon)。導(dǎo)電材料可為容許微生物、陽極和含有可生物降解材料的流體之間的有效接觸的任何形式，并且其形成到達(dá)電子導(dǎo)管并且通過該回路到達(dá)陰極的電子流動(dòng)通道。期望的是，該導(dǎo)電材料提供高效的表面積從而承載該微生物。相關(guān)的表面積是可用來與含有可生物降解材料的流體接觸的表面積。在一種實(shí)施方式中，所述陽極是用該導(dǎo)電材料填充的陽極腔室所限定的基床。該導(dǎo)電材料可為以下形式片材，紙，織物，交織的纖維，無規(guī)纖維(random fibers),組織的纖維,粒子,珠,顆粒，粒料，聚集的粒子，泡沫體，具有在其整個(gè)中連通的孔的整料，或其任何組合。在導(dǎo)電材料是粒子或顆粒的形式的實(shí)施方式中，這些粒子或顆粒優(yōu)選具有適合于擔(dān)載置于該粒子或顆粒上的微生物的尺寸。在一種實(shí)施方式中，可將該導(dǎo)電材料分散在基體例如與該系統(tǒng)相容的 聚合物中，該基體可為膜、珠、粒料等形式。優(yōu)選該粒子的尺寸使得該含有可生物降解材料的流體能夠流動(dòng)通過陽極或者陽極基床，并且使得該流體中的可生物降解材料能夠與該微生物接觸。優(yōu)選地，該粒子尺寸為約I微米或更大和最優(yōu)選約10微米或更大。本申請(qǐng)所用的整料是指單塊結(jié)構(gòu)(unitary structure),在整個(gè)該結(jié)構(gòu)中具有通過該結(jié)構(gòu)的孔,從而使得該含有可生物降解材料的流體能夠流動(dòng)通過該孔。陽極中的孔優(yōu)選具有以下尺寸，該尺寸使得該含有可生物降解材料的流體能夠流過該陽極或者陽極床，而沒有過多的背壓，該微生物能夠停留在該孔的表面上，并且使得該流體中的可生物降解材料能夠與該微生物接觸。本申請(qǐng)所用的導(dǎo)電材料的基床是指以如下方式包含在受限空間中的任何形狀或尺寸的導(dǎo)電材料，該方式使得含有可生物降解材料的流體能夠流動(dòng)通過該基床，并且接觸導(dǎo)電材料的表面積的顯著部分。優(yōu)選地，陽極的表面積為約O. 01m2/g或更大，更優(yōu)選約O. lm2/g或更大和最優(yōu)選約1.0m2/g或更大。本申請(qǐng)所用的組織的纖維是指該纖維以設(shè)計(jì)的形狀排列，例如以刷狀排列，這描述于Logan等的US 2008/0292912中，將該文獻(xiàn)通過參考并入本申請(qǐng)，等。通常，該陽極提供表面用于附著和生長微生物，因此該陽極由與微生物生長和保持相容的材料制成。材料與微生物在微生物燃料電池中的生長和保持的相容性可使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)評(píng)價(jià)，例如使用生存能力標(biāo)記物(viability marker)例如若丹明123,碘化丙錠,SYTO9和這些或者其它生存能力標(biāo)記物的組合的測定。包含在根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池的實(shí)施方式中的陽極的表面積大于約100m2/m3。比表面積在此處描述為每單位陽極體積的陽極的表面積。比表面積大于約IOOm2/m3有助于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的微生物燃料電池的發(fā)電。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池包括比表面積大于約1000m2/m3的陽極。仍然在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池包括比表面積大于約5，OOOmVm3的陽極。還在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池包括比表面積大于約10，OOOmVm3的陽極。配置為具有高比表面積的陽極容許縮放根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述陽極包括一種或多種導(dǎo)電材料和一種或多種離子傳導(dǎo)性材料的混合物。優(yōu)選的離子傳導(dǎo)性材料是離子交換材料。安排該混合物，從而使得形成通過陽極的電子流路和離子流路。導(dǎo)電材料形成電子到達(dá)電子導(dǎo)管和通過外部回路到達(dá)陰極的流路。該離子傳導(dǎo)性材料產(chǎn)生離子，優(yōu)選氫離子到達(dá)陰極腔室，或者來自陰極腔室的氫氧根離子的流路。各個(gè)材料需要以足夠的量存在，并且在合適的排列中從而形成期望的流路。該排列可以類似于互穿網(wǎng)絡(luò)，或者該材料(優(yōu)選離子傳導(dǎo)性材料)之一能夠被置于通過該陽極腔室的多個(gè)層或者連續(xù)的條中，其中所述層或者條與所述陰極腔室，離子交換膜或者電子導(dǎo)管接觸。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用兩種材料的粒子的共混物從而使得存在期望的流路。優(yōu)選地，導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性材料的陽極包括約30vol%或更大的導(dǎo)電材料，基于存在的實(shí)心材料，更優(yōu)選約40vol%或更大和最優(yōu)選約45vol%或更大。優(yōu)選地,導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)材料的陽極包括約70vol%或更小的導(dǎo)電材料，基于存在的實(shí)心材料，更優(yōu)選約60vol%或更小和最優(yōu)選約55vol%或更小。優(yōu)選地，導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)材料的陽極包括約30vol%或更大的離子交換材料,基于實(shí)心材料,更優(yōu)選約40vol%或更大和最優(yōu)選約45vol%或更大。優(yōu)選地,導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性材料的陽極包括約70vol%或更小的離子交換材料，基于實(shí)心材料，更優(yōu)選約60wt%或更小和最優(yōu)選約55wt%或更小。“基于實(shí)心材料”是指孔和粒子之間的空間的體積不包含在記載的體積中。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該陽極包括陽極中粒子周圍的空間和/或 用于形成陽極的材料中的孔。含有可生物降解材料的流體通過從該粒子周圍流過或者流經(jīng)該孔而流動(dòng)通過陽極。該粒子之間的空間和該孔的尺寸需要以下尺寸，該尺寸使得該微生物能夠停留在粒子或者孔的表面上，并且使得在流體流經(jīng)該陽極時(shí)該可生物降解材料能夠接觸該微生物。粒子之間的空間最好被描述為空隙空間百分比(percent ofvoid space),未被實(shí)心材料占據(jù)的空間，優(yōu)選該空隙空間(void space)為約20vol%或更大,更優(yōu)選約33vol%或更大,更優(yōu)選約50vol%或更大。優(yōu)選,該空隙空間為約96wt%或更小。推論是實(shí)心體積為約80vol%或更小，更優(yōu)選約67vol%或更小,和更優(yōu)選約50vol%或更小。中值空間(median spaces)或者孔尺寸優(yōu)選為約5微米或更大，和更優(yōu)選約10微米或更大。中值空間或者孔尺寸優(yōu)選為約1000微米或更小和更優(yōu)選約100微米或更小。優(yōu)選該實(shí)心體積為約4vol%或更大。在另一實(shí)施方式中，該陽極和/或陰極腔室具有入口和/或出口，以便于流動(dòng)通過該陰極和/或陽極腔室。本發(fā)明的微生物燃料電池優(yōu)選包括將流體物質(zhì)引導(dǎo)到陽極的裝置，其中所述流體以基本上平行于離子交換膜的一個(gè)表面的方向流經(jīng)陽極。這種裝置能夠是將流體以指定的流路引導(dǎo)到陽極的任何裝置。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，這種裝置包括一個(gè)或多個(gè)入口和出口，其排列使得液體以基本上平行于隔板的一個(gè)表面的方向流經(jīng)陽極。在另一實(shí)施方式中，產(chǎn)生該流體流動(dòng)的裝置例如吹風(fēng)機(jī)或者推動(dòng)器(impeller)等用來強(qiáng)制流體在相對(duì)于陽極的期望的方向上流動(dòng)?；旧掀叫惺侵噶黧w的流動(dòng)總體上平行于隔板但是流動(dòng)的向量角度不是精確的。當(dāng)陽極為片材狀形狀時(shí)，流體的流動(dòng)優(yōu)選垂直于陽極的厚度尺寸。優(yōu)選地，通過該陽極的流體的流動(dòng)垂直于陽極的厚度尺寸，和基本上平行于隔板的一個(gè)表面。陰極包括能夠傳遞電子的導(dǎo)電材料。該導(dǎo)電材料可以是描述為對(duì)于陽極有用的任何導(dǎo)電材料。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陰極還包括用于氧化還原反應(yīng)的催化劑。優(yōu)選類型的催化劑是第VIII族金屬和氧化酶。優(yōu)選的金屬是貴金屬，更優(yōu)選鉬和鈀。催化劑可位于陰極上，或者在陰極處于腔室中時(shí)它可在陰極腔室中的任何位置。優(yōu)選地，該催化劑位于該陰極的表面。在催化劑是金屬的實(shí)施方式中，選擇催化劑濃度從而使得陰極腔室中的氧化還原反應(yīng)以合理的速度進(jìn)行。優(yōu)選地，該催化劑存在的量為約O. IOmg金屬每平方厘米暴露(projected)的陰極表面積或更小,更優(yōu)選約O. 05mg金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更小和最優(yōu)選約O. 02mg的金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更小。優(yōu)選該催化劑存在的量為約O. OOlmg金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更大,更優(yōu)選約O. 005mg金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更大，甚至更優(yōu)選約O. Olmg金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更大和最優(yōu)選約O. 015mg金屬每平方厘米暴露的陰極表面積或更大。該陰極優(yōu)選為具有大表面積的實(shí)心材料。在一種實(shí)施方式中，陰極包括一種或多種導(dǎo)電材料和一種或多種離子傳導(dǎo)性材料的混合物。優(yōu)選的離子傳導(dǎo)性材料是離子交換材料。所述導(dǎo)電材料還可包括本申請(qǐng)前面所述的催化劑。優(yōu)選，將該催化劑涂覆到導(dǎo)電材料例如碳的表面。排列該混合物從而使得電子流路和離子流路通過所述陰極建立。導(dǎo)電材料在陰極中產(chǎn)生電子的流路。離子傳導(dǎo)性材料產(chǎn)生離子的流路，所述離子優(yōu)選來自陽極腔室的氫離子或者來自陰極腔室的氫氧根離子。各種材料需要以足夠的量和以合適的排列存在，從而形成期望的流路。該排列可以類似于互穿網(wǎng)絡(luò)，或者該材料(優(yōu)選離子傳導(dǎo)性材料)之一能夠被置于通過該陰極腔室的多個(gè)層或者連續(xù)的條中，其中所述層或者條與所述陽極腔室或者離子交換膜或者電子導(dǎo)管接觸。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用兩種材料的粒子的共混物從而使得存在期望的流路。這 些流路容許含氧氣體流過陰極。優(yōu)選地，導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性材料的陰極包括約30vol%或更大的導(dǎo)電材料，基于存在的實(shí)心材料，更優(yōu)選約40vol%或更大和最優(yōu)選約45vol%或更大。優(yōu)選地，導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性交換材料的陽極包括約70vol%或更小的導(dǎo)電材料，基于存在的實(shí)心材料，更優(yōu)選約60vol%或更小和最優(yōu)選約55vol%或更小。優(yōu)選導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性材料的陰極包括約30vol%或者更大的離子傳導(dǎo)性材料，基于實(shí)心材料，更優(yōu)選約40vol%或者更大和最優(yōu)選約45vol%或者更大。優(yōu)選，導(dǎo)電材料和離子傳導(dǎo)性材料的陰極包括約70vol%或者更少的離子傳導(dǎo)性材料，基于實(shí)心材料，更優(yōu)選約60vol%或者更少和最優(yōu)選約55vol%或者更少。“基于實(shí)心材料”是指孔和粒子之間的空間的體積不包含在記載的體積中。在陰極包括一種或多種導(dǎo)電材料和一種或者多種離子傳導(dǎo)材料的混合物的方式中，所述陰極包括陰極中粒子周圍的空間和/或用于形成陰極的材料中的孔。含氧流體通過從該粒子周圍流過或者流經(jīng)該孔而流動(dòng)通過陰極。該粒子之間的空間和該孔的尺寸需要為以下尺寸，該尺寸使得該含氧流體能夠自由流經(jīng)該陰極。中值(median)空間或者孔尺寸優(yōu)選為約5納米或者更大，和更優(yōu)選約10納米或者更大。中值空間或者孔尺寸優(yōu)選為約100微米或更小和更優(yōu)選約10微米或更小。這最好被描述為空隙空間百分比，被實(shí)心材料占據(jù)的空間，優(yōu)選該空隙空間為約20vol%或者更大，更優(yōu)選約33vol%或者更大，更優(yōu)選約50vol%或者更大。優(yōu)選該空隙空間為約96wt%或更小。推論是實(shí)心體積為約80vol%或者更少，更優(yōu)選約67vol%或者更少和更優(yōu)選約50vol%或者更少。優(yōu)選該實(shí)心體積是約4vol%或者更大。在另一實(shí)施方式中，陽極和/或陰極腔室具有入口和/或出口，以便于流動(dòng)通過該陰極和/或陽極腔室。優(yōu)選該陽極腔室和/或陰極腔室可具有位于其開口處的隔板，阻擋物。當(dāng)陰極和陽極都位于腔室中時(shí)，它們可能具有位于其間的隔板，阻擋物。該隔板用于隔開陽極和陰極。隔板優(yōu)選為不導(dǎo)電的，即其不容許電子穿過隔板。隔板優(yōu)選容許離子通過隔板。優(yōu)選該隔板抑制流體，例如水和含氧氣體和液體，在通過它的之間流動(dòng)。隔板優(yōu)選用于防止固體在腔室之間流動(dòng)。該隔板優(yōu)選容許離子在腔室之間通過從而平衡兩個(gè)腔室中的pH。該隔板可為織物，屏蔽物，膜或者離子交換膜。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該離子交換膜是陰離子交換膜。離子交換膜可為異質(zhì)的(heterogeneous),勻質(zhì)的(homogeneous),擔(dān)載的或者未擔(dān)載的。需要離子交換膜是生物相容性的，也即不傷害該系統(tǒng)中的生物材料。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該離子交換膜是由離子交換樹脂和粘合劑的共混物制備的膜。該離子交換樹脂可經(jīng)受操作從而在與粘合劑接觸之前減少粒度。陰離子交換膜可含有有助于將陰離子從陽極轉(zhuǎn)移到陰極的任何陽離子部分。在陰離子交換膜中的優(yōu)選陽離子部分是含氮陽離子基團(tuán)，和優(yōu)選銨陽離子，季銨離子，咪唑鎗離子，吡啶鎗離子，等。該膜容許將期望的材料傳遞通過該膜。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該膜防止尺寸為約1000納米的微生物通過該膜。因此，限制水和/或微生物流動(dòng)通過該膜，以及任何包含的膜涂層。微過濾，納米過濾和離子交換膜組合物在本領(lǐng)域中是已知的，可使用任何各種膜，其排除微生物并容許期望的氣體或者離子通過該膜擴(kuò)散。微過濾，納米過濾和/或離子交換膜組合物的說明性實(shí)例包括但不限于鹵化的化合物例如四氟乙烯，四氟乙烯共聚物，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，聚偏二氟乙烯，聚偏二氟乙烯共聚物，聚氯乙烯，聚氯乙烯共聚物；聚烯烴例如聚乙烯，聚丙烯和聚丁烯；聚酰胺例如尼龍；砜例如聚砜和聚醚砜；基于腈的聚合物例如丙烯腈；和基 于苯乙烯的聚合物例如聚苯乙烯。合適的膜材料的實(shí)例是超濾和納米過濾膜，其通常用于水處理工業(yè)中來過濾水同時(shí)排除微生物。例如，合適的膜是由X_Flow，The Netherlands制造的超濾膜 B0125。另外的實(shí)例包括由 Membranes International, Inc. New Jersey, USA制造的CMI和AMI離子交換膜。該隔板優(yōu)選為具有兩個(gè)相對(duì)的表面的片材。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述陰極鄰近隔板放置。更優(yōu)選地，陰極位于接近于隔板的一個(gè)表面并且與隔板的一個(gè)表面接觸。在一種實(shí)施方式中，陰極被涂覆于或者印刷于隔板的一個(gè)表面上。在另一實(shí)施方式中，陽極位于接近于隔板。更優(yōu)選，陽極位于接近于隔板的一個(gè)表面并且與隔板的一個(gè)表面接觸。優(yōu)選地，陽極和陰極各自接近于隔板的相對(duì)的表面并且與隔板的相對(duì)的表面接觸。在位于所用的陽極腔室中的陽極的周圍是生電的(即當(dāng)使可生物降解材料降解時(shí)產(chǎn)生電子的)微生物。該微生物優(yōu)選可在陽極的表面上。優(yōu)選它們移植于陽極的表面上并且在陽極的表面上存活。本申請(qǐng)所用的微生物包括細(xì)菌，古生菌(Archaea)，真菌和酵母。優(yōu)選的微生物是依賴陽極生長的細(xì)菌(anodophilic bacteria)。本申請(qǐng)所用的術(shù)語“親陽極菌(anodophiles) ”和“依賴陽極生長的細(xì)菌(anodophilic bacteria) ”是指直接或者通過內(nèi)源性生產(chǎn)的介質(zhì)將電子傳遞到電極的細(xì)菌。經(jīng)常，親陽極菌是專性或兼性需氧菌。術(shù)語“產(chǎn)電菌群(exoelectrogens) ”也用來描述合適的細(xì)菌。依賴陽極生長的細(xì)菌的實(shí)例包括選自下組的細(xì)菌Aeromonadaceae, Alteromonadaceae, Clostridiaceae,Comamonadaceae， Desulfuromonaceae, Enterobacteriaceae, Geobacteraceae,Pasturellaceae,和Pseudomonadaceae科。適合用于本發(fā)明的系統(tǒng)的細(xì)菌的這些和其它實(shí)例描述于以下文獻(xiàn)中Bond，D.R.，et al.，Science 295，483-485，2002;Bond，D. R. etal.，AppI. Environ. Microbiol. 69，1548-1555，2003;Rabaey，K.，et al.，Biotechnol.Lett. 25，1531-1535,2003;U. S. Pat. No. 5，976，719;Kim，H. J.，et al.，Enzyme Microbiol.Tech.30，145-152，2002;Park, H. S.，et al.，Anaerobe 7，297-306，2001;Chauduri，S. K.，et al.，Nat. Biotechnol. , 21:1229-1232，2003 ; Park, D. H. et al.，AppI. Microbiol.Biotechnol.，59:58-61，2002;Kim，N. et al.，Biotechnol.Bioeng.，70:109-114，2000; Park, D. H. et al.，AppI. Environ. Microbiol.，66，1292-1297，2000 ; Pham, C. A. etal.，Enzyme Microb. TechnoI.，30:145—152，2003;and Logan, B. E.，et al.，TrendsMicrobiol. 14(12) :512-518，將所有這些文獻(xiàn)通過參考并入本申請(qǐng)。依賴陽極生長的細(xì)菌優(yōu)選與陽極接觸用于將電子直接傳遞至陽極。但是，在通過介質(zhì)傳遞電子的依賴陽極生長的細(xì)菌的情況下，該細(xì)菌可存在于反應(yīng)器中的其他地方，并且仍然用于產(chǎn)生在本發(fā)明的方法中有用的電子。依賴陽極生長的細(xì)菌可提供為純化的培養(yǎng)物，富含依賴陽極生長的細(xì)菌，或者如果需要，甚至是富含具體種類的細(xì)菌。純的培養(yǎng)物試驗(yàn)已經(jīng)在以下文獻(xiàn)中報(bào)道了高達(dá) 98. 6% 的庫倫效率Bond, D. R. et al.，Appl. Environ. Microbiol. 69,1548-1555, 2003,將其通過參考并入本申請(qǐng)。因此，使用選擇的菌株可增加總的電子回收和氫的產(chǎn)生，當(dāng)這些系統(tǒng)能夠在無菌條件下使用時(shí)尤其是這樣?？蛇x擇或者基因工程化細(xì)菌，從而使得能夠增加庫倫效率和在陽極產(chǎn)生的電勢。此外，可使用混合的微生物種群，包括依賴陽極生長的厭氧性微生物(anodophilic anaerobes)和其它微生物。
進(jìn)料到微生物電池的進(jìn)料包括混合有含有電解質(zhì)的流體的流體中的可生物降解材料。包含在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的微生物燃料電池中的可生物降解材料是可被依賴陽極生長的細(xì)菌氧化的，或者可生物降解從而產(chǎn)生可被依賴陽極生長的細(xì)菌氧化的材料。本申請(qǐng)使用的術(shù)語“可生物降解的”是指通過生物機(jī)理分解的有機(jī)物質(zhì)，所述生物機(jī)理說明性地包括微生物作用，熱和分解。微生物作用包括水解，例如。該流體優(yōu)選為液體，更優(yōu)選水或者有機(jī)液體，水是更加優(yōu)選的。任何各種類型的可生物降解的有機(jī)物都可用作MFC中細(xì)菌的“燃料”，包括脂肪酸，糖，醇，碳水化合物，氨基酸，脂肪，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，以及動(dòng)物，人類，城市，農(nóng)業(yè)和工業(yè)廢水。天然產(chǎn)生的和/或合成的聚合物說明性地包括碳水化合物例如殼多糖(chitin)和纖維素，和可生物降解的塑料例如可生物降解的脂肪族聚酯，可生物降解的脂肪族-芳族聚酯，可生物降解的聚氨酯和可生物降解的聚乙烯醇?？缮锝到獾乃芰系木唧w實(shí)例包括聚羥基鏈烷酸酯，聚羥基丁酸酯，聚羥基己酸酯，聚羥基戊酸酯，聚乙醇酸，聚乳酸，聚己酸內(nèi)酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸己二酸丁二醇酯，聚丁二酸乙二醇酯，月旨肪族-芳族共聚酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯和聚亞甲基己二酸/對(duì)苯二甲酸酯?？杀灰蕾囮枠O生長的細(xì)菌氧化的有機(jī)物是本領(lǐng)域已知的?？杀灰蕾囮枠O生長的細(xì)菌氧化的有機(jī)物的說明性實(shí)例包括但不限于單糖，二糖，氨基酸，直鏈或者支化的C1-C7化合物，包括但不限于醇和揮發(fā)性脂肪酸。此外，可被依賴陽極生長的細(xì)菌氧化的有機(jī)物包括芳族化合物例如甲苯，苯酚，甲酚，苯甲酸，芐基醇和苯甲醛?？杀灰蕾囮枠O生長的細(xì)菌氧化的另外的有機(jī)物描述于Lovely,D. R. et al. ,Applied and EnvironmentalMicrobiology 56:1858-1864,1990中。此外,一種提供的材料可以以可被依賴陽極生長的細(xì)菌氧化的形式提供，或者以可生物降解從而產(chǎn)生可被依賴陽極生長的細(xì)菌氧化的有機(jī)物的形式提供?？杀灰蕾囮枠O生長的細(xì)菌氧化的有機(jī)物的具體實(shí)例包括甘油，葡萄糖，乙酸酯(或鹽)，丁酸酯，乙醇，半胱氨酸和這些或者其它的可氧化的有機(jī)物質(zhì)的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在流體中的可生物降解材料是含有可生物降解材料的廢流(waste stream)。用于該廢流的流體可為有機(jī)的或者水性的。該廢流可為來自化學(xué)或者生物方法的廢流或者廢水流。該廢水流可來自化學(xué)或者生物方法，城市廢水流或者污染的水源。
流體中的電解質(zhì)包括改善與陽極接觸的流體混合物的導(dǎo)電性的任何電解質(zhì)。優(yōu)選該電解質(zhì)是環(huán)境友好的，因?yàn)槿绻麑⑺尫诺江h(huán)境中它不會(huì)損害環(huán)境。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，電解質(zhì)以天然產(chǎn)生的流體混合物的形式提供，例如海水或者鹽水。優(yōu)選該電解質(zhì)是鹽。更優(yōu)選該電解質(zhì)是堿金屬鹽或者堿土金屬鹽。優(yōu)選的鹽是氯化鈉和氯化鉀?？墒褂名}的混合物，并且當(dāng)使用天然產(chǎn)生的電解質(zhì)時(shí)，含在其中的鹽常常是鹽的混合物。提供該電解質(zhì)的濃度和量以增加給陽極的進(jìn)料混合物的導(dǎo)電性。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，含有電解質(zhì)的流體和/或流體混合物的濃度為或者低于天然產(chǎn)生的流體的濃度。例如，如果海水用作該電解質(zhì)流體混合物，那么該電解質(zhì)混合物的濃度為天然產(chǎn)生的水平。更重要的是來自使用本發(fā)明的方法的系統(tǒng)的流出物優(yōu)選使得電解質(zhì)的濃度為或者低于含有這些電解質(zhì)的天然產(chǎn)生的系統(tǒng)中電解質(zhì)的濃度。優(yōu) 選選擇在含有可生物降解材料的流體混合物中電解質(zhì)的濃度，從而使得在流體混合物中獲得期望的導(dǎo)電性。電解質(zhì)濃度的上限為這樣的濃度，高于該濃度該微生物在該系統(tǒng)中會(huì)受損害。優(yōu)選，流體混合物的電導(dǎo)率為約3豪西門子/cm或者更大，更優(yōu)選約5豪西門子/cm或者更大，甚至更優(yōu)選約7豪西門子/cm或者更大，最優(yōu)選15豪西門子/cm或者更大。用于增強(qiáng)電子到陽極上的傳遞的電子傳遞介質(zhì)可位于陽極的附近，例如在陽極腔室中。本領(lǐng)域已知的實(shí)現(xiàn)這一功能的任何化合物都可用于本發(fā)明的微生物燃料電池中。優(yōu)選的介質(zhì)的實(shí)例是氧化鐵，中性紅，蒽醌-1，6-二磺酸(ADQS)和1，4_萘醌(NQ)。其它已知的介質(zhì)的實(shí)例包括介質(zhì)，如甲基硫酸吩嗪(phenazine methosulfate) ,2，6_ 二氯苯酹靛酚，亞氨嗪(thionine)，甲苯胺，鐵氰酸鉀和1，4_萘醌。介質(zhì)任選地化學(xué)鍵合至陽極，或者通過各種處理(例如涂覆)改性的陽極,從而含有一種或多種介質(zhì)。在許多已知的微生物燃料電池方法中的在流體中的可生物降解材料顯示出低的傳導(dǎo)性。低的傳導(dǎo)性抑制了離子在陽極和陰極之間的流動(dòng)。為了解決這個(gè)問題，許多已知的方法添加緩沖液到該含有可生物降解材料的流體。通常的緩沖液含有磷酸鹽。在來自微生物電池的流出物是純化的廢流的實(shí)施方式中，存在磷酸鹽或者某些其它的緩沖液是所不期望的。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，可添加環(huán)境友好的緩沖液，例如碳酸鹽或者碳酸鹽的源例如二氧化碳。在更優(yōu)選實(shí)施方式中，該微生物燃料電池使用未緩沖化的進(jìn)料進(jìn)行操作，其方式使得該電池是使用低電導(dǎo)率的進(jìn)料有效的。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該微生物燃料電池使用未緩沖化的進(jìn)料進(jìn)行操作，并且取而代之的是，添加電解質(zhì)。優(yōu)選地，在添加電解質(zhì)之前含有可生物降解材料的流體的電導(dǎo)率為2毫西門子/cm或更小，最優(yōu)選I毫西門子/cm或更小。優(yōu)選地，在添加電解質(zhì)之前含有可生物降解材料的流體的電導(dǎo)率為O. 05毫西門子/cm或更大，和更優(yōu)選O. I毫西門子/cm或更大。使陰極與以上定義的陰極電解質(zhì)接觸。該陰極電解質(zhì)用于還原氫陽離子從而在陰極的附近例如陰極腔室形成水?？墒谷魏魏醒趸瘎┑牧黧w與該陰極接觸。優(yōu)選的陰極電解質(zhì)是氧。因?yàn)槌杀镜脑?，空氣是?yōu)選的氧來源?？墒褂眉冄趸蛘吒谎醯牧黧w。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可使含氧氣體流到陰極。在這種實(shí)施方式中，可使用吹風(fēng)機(jī)來使該含氧氣體與陰極接觸。以足夠的量提供陰極電解質(zhì)從而有效地在該陰極上或者附近進(jìn)行該還原反應(yīng)。優(yōu)選地，向該系統(tǒng)提供過量的陰極電解質(zhì)。電子導(dǎo)管連接陽極和陰極，并且用來使電子通過外部回路在陽極和陰極之間流動(dòng)。電子導(dǎo)管可為發(fā)揮所記載的功能的任何物質(zhì)或者形狀。優(yōu)選所述電子導(dǎo)管由導(dǎo)電的金屬組成，優(yōu)選的導(dǎo)電的金屬包括銅，銀，金或者鐵或者含有這些金屬的合金，其中銅或者鋼是最優(yōu)選的。優(yōu)選地，電子導(dǎo)管是線材或者片材的形式，和最優(yōu)選線材形式。該導(dǎo)管將電池連接至電力負(fù)載(electrical load)。本申請(qǐng)所用的負(fù)載是指消耗來自微生物燃料電池的電能的設(shè)備或者元件。該負(fù)載可為電阻器，其中將來自微生物燃料電池的電能轉(zhuǎn)化成熱能(熱)；該負(fù)載可為馬達(dá)，其中將來自微生物燃料電池的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能(工作)；該負(fù)載可通過一種或多種電回路例如電壓變極器(voltage inverter),電網(wǎng)(power grid),等與微生物燃料電池隔離。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該載荷為所產(chǎn)生的一部分電流可以為它提供動(dòng)力的電設(shè)備。在另一實(shí)施方式中，該載荷可為電池組，其適合于存儲(chǔ)所產(chǎn)生的電或者電網(wǎng)從而分配電的使用本發(fā)明的微生物燃料電池還可包括一種或多種集電器，其形成電子導(dǎo)管的一部分。該集電器可為電子導(dǎo)管，或者可為電子導(dǎo)體的一部分。集電器用來收集來自電極(陰極或者陽極)的電流，將其送至電回路。優(yōu)選的集電器包括導(dǎo)電金屬。集電器優(yōu)選鄰近電極并且與電極緊密接觸。集電器可為容許它們鄰近電極或與電極緊密接觸的任何形狀。優(yōu)選地，集電器是金屬的線材，絲網(wǎng)或者片材，其成形為與電極的顯著部分接觸?！た砂粋€(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)備，例如一個(gè)或多個(gè)閥，來進(jìn)一步調(diào)節(jié)材料流入和流出陽極或陰極腔室。此外，一個(gè)或多個(gè)蓋子或者密封件可用于封閉用于將流體引入到陽極腔室或者陰極腔室中的通道。例如，當(dāng)遠(yuǎn)程操作燃料電池，或者燃料電池作為單獨(dú)使用的設(shè)備操作使得沒有另外的材料添加時(shí)，任選地使用蓋子或者密封件來封閉通道。可使用泵來增強(qiáng)液體或者氣體流入和/或流出反應(yīng)腔室。本發(fā)明的微生物燃料電池可通過將陽極，和任選的電子介質(zhì)，置于與隔板或者陽極腔室接觸而組裝。將該陰極，和任選的集電器，置于與隔板或者陰極腔室接觸。密封件和/或隔板(阻擋材料)置于陽極或陰極腔室的開口周圍或者開口上。當(dāng)陽極和陰極都置于腔室中時(shí)，將陰極腔室和陽極腔室沿著它們各自匹配的表面與它們之間的密封件和/或隔板，阻擋材料，例如陰離子交換膜，接觸。陽極和陰極腔室通過已知的方式固定就位，例如通過使用機(jī)械固定器(fastener)或者粘合劑。為了便于拆卸微生物燃料電池從而維修或者清洗該電池，優(yōu)選機(jī)械固定器，例如螺釘?？墒谷肟诤统隹诹黧w導(dǎo)管附接至陽極和陰極入口和出口。將該導(dǎo)管進(jìn)一步連接至用于陽極腔室的進(jìn)料材料的源，流體中的可生物降解材料，和對(duì)于陰極腔室來說，連接至含氧氣體。如果需要，可將電池通過電子導(dǎo)管連接至負(fù)載。最初，陽極腔室需要用該微生物接種。這通過如下方法而進(jìn)行將該微生物或者含有該微生物的介質(zhì)添加到陽極，例如添加到陽極腔室，并且將該陽極暴露于使得該微生物的健康菌落停留在該陽極上或者附近的條件。該方法的詳細(xì)過程對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。一旦完成接種，就可操作該微生物燃料電池，從而產(chǎn)生電，并且從液體流除去可生物降解材料。—種或多種燃料電池可用來產(chǎn)生電和/或減少流體中可生物降解材料的量。在操作中，含有可生物降解材料的流體與陽極接觸，而陰極與所述陰極電解質(zhì)接觸。當(dāng)該陰極電解質(zhì)置于液體中時(shí)，或者將含有該陰極電解質(zhì)的流體進(jìn)料到陰極腔室中，并通過它流動(dòng)，或者將該陰極置于該陰極電解質(zhì)液體的容器中。當(dāng)將所述陰極電解質(zhì)置于氣體中時(shí)，可通過將該腔室向含有該陰極電解質(zhì)流體的環(huán)境敞開，而將含有該陰極電解質(zhì)的氣體引入到陰極腔室中?；蛘?，可使含有陰極電解質(zhì)的氣體流動(dòng)，使其與陰極接觸，例如通過在陰極上或者向陰極吹陰極電解質(zhì)。在一種實(shí)施方式中，將含有可生物降解材料的流體引入到陽極腔室，而具有較低可生物降解材料含量的流體是來自陽極腔室的流出物。選擇取自微生物燃料電池的電流率(current rate)從而或者最大化該電池產(chǎn)生的電力，或者最大化可生物降解材料的降解。如果目的是最大化由該電池產(chǎn)生的電力，那么從該電池取出的電流就使得電池操作電壓為優(yōu)選地約O. 2伏特或更大和優(yōu)選地約O. 4伏特或更小。如果該目的是最大化可生物降解材料的降解，那么從微生物燃料電池取出的電流就使得電池操作電壓為優(yōu)選地約
O.05伏特或更大，和約O. 2伏特或更小。電池操作電壓是由操作條件下單個(gè)電池產(chǎn)生的電壓。如果將多個(gè)電池以電串聯(lián)的方式連接從而形成堆疊，那么電池操作電壓就是指組成該堆疊的多個(gè)電池的平均電池操作電壓?？蓪㈦娮訉?dǎo)管連接至負(fù)載，從而將電流傳遞至該負(fù)載例如電池組，要提供電力的設(shè)備，或者傳遞至電網(wǎng)(power grid)?？蓪⒏鶕?jù)本發(fā)明的兩個(gè)或者多個(gè)微生物燃料電池以串聯(lián)的方式液壓(hydraulically)連接,從而使得來自陽極腔室的流出物可流入用于另一腔室的陽極入口。可將電池以并聯(lián)的方式連接或者以串并結(jié)合的方式連接。來自陰極腔室的流出物可流入另一電池的陰極腔室的入口。當(dāng)許多電池串聯(lián)連接時(shí)，可能需要在一個(gè)或多個(gè)下游模塊中引入另外的含氧氣體，從而保持含氧氣體的氧含量在使得該電池有效地工作的水平?？蓪⒃S多微生物電池連接至相同的載荷，從而提供·負(fù)載發(fā)揮作用所需的電流。在可生物降解的流體是廢流的實(shí)施方式中，可使廢流通過許多微生物燃料電池，直到已經(jīng)除去了足夠量的廢流中的可生物降解材料，從而獲得期望的指定水平的可生物降解材料。或者可通過相同的電池、或者相同的電池系列回收來自陽極腔室的流出物，直到除去所期望的指定水平的可生物降解材料。在廢流加工中，通常說明了流出物中可生物降解材料的水平?？赏ㄟ^許多已知的方式定義指定水平的可生物降解材料，包括化學(xué)需氧量和生物需氧量。一旦達(dá)到期望水平的可生物降解材料，就可排出該流體，回收用于加工或者經(jīng)受另外的處理。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，含有電解質(zhì)的流體是天然產(chǎn)生的流體，例如鹽水或者鹽的水溶液。在該實(shí)施方式中，來自電池的流出物可排出到電解質(zhì)流體的來源例如大海中。在另一實(shí)施方式中，含有該電解質(zhì)的流體含有電解質(zhì)的水平高于可將流體排出到環(huán)境中的水平，例如廢物流或者來自脫鹽工廠的流出物。在這種實(shí)施方式中，優(yōu)選操作該方法，從而使得來自微生物燃料電池的流出物的電解質(zhì)濃度滿足排放要求。換句話說，在微生物燃料電池中使用這種流體會(huì)將電解質(zhì)的濃度稀釋至滿足排放規(guī)定的水平。將微生物燃料電池的反應(yīng)腔室中水性介質(zhì)配制為對(duì)于在燃料電池中與該水性介質(zhì)接觸的細(xì)菌是無毒性的。此外，可將該介質(zhì)或者溶劑調(diào)節(jié)為與細(xì)菌新陳代謝相容，例如通過將PH調(diào)節(jié)為約4至約10，優(yōu)選約6至約9，包括端點(diǎn)，通過用酸或者堿調(diào)節(jié)pH，如果需要向介質(zhì)或者溶劑中添加緩沖液，通過稀釋或者添加滲透性活性物質(zhì)(osmotically activesubstance)來調(diào)節(jié)介質(zhì)或者溶劑的滲透性(osmolarity)。例如，可通過稀釋或者添加鹽來調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度。此外，如果需要，可包含營養(yǎng)物，輔助因子(cofactors)，維生素和其它的這些添加劑來保持健康的細(xì)菌種群，參見例如Lovley and Phillips, Appl. Environ.Microbiol. 54(6) :1472-1480中描述的這些添加劑的實(shí)例，將該文獻(xiàn)通過參考并入本申請(qǐng)。任選地，與親陽極的微生物接觸的水性介質(zhì)含有溶解的可被該微生物氧化的物質(zhì)。在操作中，反應(yīng)條件包括變量例如PH，溫度，滲透性，和反應(yīng)器中的介質(zhì)中的離子強(qiáng)度。反應(yīng)溫度通常為約10-40° C (對(duì)于非嗜熱的微生物)，但是通過包含適于在所選的溫度生長的微生物，該設(shè)備可用于O至100° C范圍內(nèi)的任何溫度。但是，保持反應(yīng)溫度高于環(huán)境溫度可能需要能量輸入并且優(yōu)選將反應(yīng)器溫度保持在約15至約30° C，而不輸入能量。圖I顯示了本發(fā)明的微生物燃料電池10的示意圖。該圖顯示陽極11，其中微生物16置于該陽極11上。也示出了陰極12，其中陽極11和陰極12由隔板15隔開。電子導(dǎo)管13連接至陽極11和陰極12，其中負(fù)載14位于陽極11和陰極12之間。該圖顯示出陽離子被從陽極腔室25傳遞至陰極腔室26，而陰離子被從陰極腔室26傳遞至陽極腔室25。該圖也顯示有機(jī)物在陽極腔室25中分解成二氧化碳和氫離子，以及在陰極腔室26中分解成水和氫氧根離子。圖2顯示微生物燃料電池10的外觀。顯示的是外殼17，隔板15，含有可生物降解材料的流體出口 19和含有可生物降解材料的流體入口 18。圖3顯示本發(fā)明的簡單的微生物燃料電池10，其具有外殼17、陽極基床20，陰極12和隔板15。陽極基床20和陰極12布置在隔板15的相對(duì)表面上。也顯示了含有可生物降解材料的流體的入口 18和含有可生物 降解材料的流體的出口 19。顯示含有可生物降解材料的流體平行于隔板15的平面流動(dòng)。陰極12對(duì)空氣敞開。陽極基床20用作陽極腔室。圖4顯不微生物燃料電池10的另一實(shí)施方式,其含有各自置于兩個(gè)隔板15的一個(gè)面上的兩個(gè)陰極12，其中每個(gè)隔板15與一個(gè)陽極基床20接觸。顯示了含有可生物降解材料的流體的入口 18和含有可生物降解材料的流體的出口 19。顯示了含有可生物降解材料的流體平行于隔板15的平面流動(dòng)。陰極12對(duì)于空氣敞開。圖5顯示了微生物燃料電池10的另一實(shí)施方式，其含有各自置于兩個(gè)隔板15的一個(gè)表面上的兩個(gè)陰極12，其中每個(gè)隔板15與兩個(gè)陽極基床20中的一個(gè)接觸。陰極12置于隔板15的內(nèi)側(cè)，并且形成陰極腔室26。在陰極腔室26的每一端分別是空氣入口 21和空氣出口 22。對(duì)于每個(gè)陽極腔室25，顯示了含有可生物降解材料的流體入口 18和含有可生物降解材料的流體的出口 19。顯示了含有可生物降解材料的流體平行于隔板15的平面流動(dòng)。圖6顯示出片材狀陽極腔室的3三維圖示。也顯示了陰極12和隔板15，其中陰極12和陽極腔室25置于隔板的相對(duì)的表面上。已經(jīng)披露了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行某些改進(jìn)。因此，應(yīng)該研究所附的權(quán)利要求來確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。在以上申請(qǐng)中所記載的任何數(shù)值包括從較低的值至較高的值的所有值，增量為一個(gè)單位，條件是在任何較低值和較高值之間具有至少2個(gè)單位隔開。例如，如果指出了組分的量或者加工變量的值例如，例如，溫度，壓力，時(shí)間等為，例如，I至90，優(yōu)選20至80，更優(yōu)選30至70，那么意圖值例如15至85，22至68，43至51，30至32等也明確地列舉在了本說明書中。對(duì)于小于I的值，認(rèn)為一個(gè)單位合適地是O. 0001，O. 001，O. 01或者O. I。這些僅是具體意圖的實(shí)例，也考慮所列舉的最低值和最高值之間的數(shù)值的所有可能的組合也明確地中本申請(qǐng)中以類似的方式明確提及。除非另外指出，否則所有的范圍都包含端點(diǎn)和兩個(gè)端點(diǎn)之間的所有數(shù)值。使用“約”或者“大約”與范圍連用則適用于該范圍的兩個(gè)端點(diǎn)。因此，“約20至30”意圖覆蓋“約20至約30”，包括至少指出的端點(diǎn)。本申請(qǐng)使用的重量份是指組合物含有100重量份。描述組合的術(shù)語“基本上由…組成”應(yīng)該包含所指出的元件、成分、組件或者步驟，和不明顯地影響基本的和新穎的特性組合的這些其它元件、成分、組件或者步驟。使用描述元件、成分、組件或者步驟的組合的術(shù)語“包括”或者“包含”中本申請(qǐng)中也預(yù)期基本上由該元件、成分、組件或者步驟組成的實(shí)施方式?？赏ㄟ^單個(gè)集成的元件、成分、組件或者步驟提供多個(gè)元件、成分、組件或者步驟?；蛘撸瑔蝹€(gè)集成的元件、成分、組件或者步驟可分成分開的多個(gè)元件、成分、組件或者步驟。描述元件、成分、組件或者步驟的“(a)”或者“一種(one)”不意圖排除另外的元件、成分、組件或者步驟。實(shí)施例包含以下實(shí)例僅用于說明的目的，不意圖限制本發(fā)明的范圍。除非另外指出，否則所有的分?jǐn)?shù)和百分比都基于重量。組裝微生物燃料電池在3cmx6cmx0. 9cm塊狀透明合成樹脂(Lucite)中加工出I. 5cm寬，約4cm長 和O. 45cm深的腔室。在該塊中鉆入端口用作用于溶液流動(dòng)的入口和出口端。在腔室的底部鉆出兩個(gè)用于導(dǎo)線(wire leads)的小洞。一個(gè)較長的線材，Au，用作集電器，另一個(gè)較短的線材，Pt，用作未負(fù)載的電壓探頭。使用環(huán)氧樹脂將該導(dǎo)線原位密封。將一塊碳?xì)諭. 52cmx3. OcmxO. 45cm置于該腔室中。將陰離子交換膜,一個(gè)由聚烯烴粘合劑和磨碎的陰離子交換樹脂制成的膜，置于該氈上，然后將由在復(fù)寫紙載體上的Pt/C組成的陰極切至
I.5cmx3cm,并置于與該碳?xì)株枠O相對(duì)的膜上。然后陰極用Ni絲網(wǎng)覆蓋作為集電器(具有多個(gè)洞來容納電池螺栓)。然后將第二個(gè)半電池塊用來將該組件栓在一起?？諝馔ㄟ^該第二個(gè)半電池塊的入口和出口擴(kuò)散到達(dá)陰極。操作微生物燃料電池用來自另一微生物燃料電池的流出物接種在中性磷酸鹽緩沖液中含有乙酸酯(或鹽)的陽極電解液。該電池如下操作將該陽極電解液以約lOmL/min的流動(dòng)速度循環(huán)通過該電池。在開始并且操作幾周之后，將該電池在以下條件操作等于約7. I的pH，20mM乙酸酯(或鹽)、35mM磷酸鹽緩沖液的電導(dǎo)率為7. 47mS/cm的溶液，約3mL/min的流動(dòng)速率。通過如下步驟收集極化曲線(polarization curve):改變電池上的載荷電阻,并且記錄該載荷電阻的電壓。電池電流通過載荷電壓除以載荷電阻給出。該電池產(chǎn)生的功率密度通過載荷電壓和電池電流密度的乘積給出。電池面積比電阻(ASRrall)通過擬合功率密度和電流密度至在Fan, Sharbrough and Liu中描述的二次方程，P= (ASRcell · J2) +Eb · J確定。電池電阻測定為199 Ω-cm2。然后改變陽極電解質(zhì)進(jìn)料，從而在以下條件操作該電池I天pH等于約7. 4，對(duì)于3mM乙酸酯(或鹽)，2mM磷酸鹽緩沖液的電導(dǎo)率為O. 99mS/cm的溶液。通過如下步驟收集極化曲線(polarization curve):改變電池上的載荷電阻,并且記錄該載荷電阻的電壓。電池電阻測定為459 Ω-cm2。將NaCl添加至陽極電解液容器中至59mM NaCl的濃度。由于海水為0.6M NaCl，代表性的是用I份海水稀釋9份低電阻率進(jìn)料。將該電池在以下條件操作3天該pH等于6. 8,對(duì)于3mM乙酸酯(或鹽)，59mM NaCl, 2mM磷酸鹽緩沖液的電導(dǎo)率為7. 39mS/cm的溶液。通過如下步驟收集極化曲線改變電池上的載荷電阻，并且記錄該載荷電阻的電壓。電池電阻測定為214 Ω-cm2。圖7是電池電壓V，與電流密度A/m2的關(guān)系曲線。圖8是功率密度W/m2與電流密度A/m2的曲線。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括 A)提供微生物燃料電池，所述微生物燃料電池包括 i)含有一種或多種導(dǎo)電材料的陽極，所述陽極安排用來通過所述導(dǎo)電材料給電子提供流路， )與所述陽極電接觸的生電微生物， iii)含有一種或者多種導(dǎo)電材料的陰極， iv)陰極電解質(zhì)， V)與陽極和陰極二者接觸的電子導(dǎo)管，所述電子導(dǎo)管是回路的一部分； B)引入一種或多種電解質(zhì)或者溶于第一流體中的一種或多種電解質(zhì)與含有可生物降解材料的第二流體的混合物； C)使B)的混合物在微生物存在下與所述陽極接觸； D)使所述陰極與陰極電解質(zhì)接觸； E)從所述微生物燃料電池取出流體混合物。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述陽極位于含有流體的入口和流體的出口的陽極腔室中，其中所述陰極位于陰極腔室中，和將所述陰極電解質(zhì)引入所述陰極腔室中。
3.權(quán)利要求I或2的方法，其中將步驟B的流體混合物引入所述陽極腔室的流體入口中。
4.權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一和第二流體是水。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述電解質(zhì)是一種或者多種鹽。
6.權(quán)利要求8的方法，其中所述鹽含有一種或多種堿金屬或者堿土金屬。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述一種或多種電解質(zhì)的溶液是鹽水，海水，來自水脫鹽工藝的廢物流或者工藝廢物流。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中選擇電解質(zhì)在所述混合物中的濃度從而使得所述流體混合物的電導(dǎo)率為約3豪西門子。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述陰極電解質(zhì)是含氧氣體。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述電子導(dǎo)管連接至電池組、使用電的設(shè)備、或電網(wǎng)。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述含有可生物降解材料的流體是含有有機(jī)化合物的混合物的廢水流。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述微生物燃料電池的陽極和陰極鄰近所述陰離子交換膜放置。
13.權(quán)利要求I的方法，其中步驟B)包括引入溶于第一流體中的一種或多種鹽與含有可生物降解材料的第二流體的混合物；和其中所述第一流體中的鹽的濃度高于對(duì)于排出到環(huán)境中來說可接受的鹽濃度，并且從所述微生物燃料電池取出的流體混合物中的鹽濃度處于或者低于對(duì)于排出到環(huán)境中來說可接受的濃度。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中產(chǎn)生電并且俘獲該電用于使用，在微生物燃料電池流出物中可生物降解材料和電解質(zhì)的濃度處于對(duì)于排出到環(huán)境中來說可接受的水平。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中含有該可生物降解材料的流體的電導(dǎo)率為約 O. 05至約2豪西門子，和流體混合物的電導(dǎo)率大于約3豪西門子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，其包括A)提供微生物燃料電池，所述微生物燃料電池包括i)含有一種或多種導(dǎo)電材料的陽極，所述陽極安排用來通過所述導(dǎo)電材料給電子提供流路，ii)與所述陽極電接觸的微生物，iii)含有一種或者多種導(dǎo)電材料的陰極，iv)陰極電解質(zhì)，v)與陽極和陰極二者接觸的電子導(dǎo)管，所述電子導(dǎo)管是回路的一部分；B)引入一種或多種電解質(zhì)或者溶于第一流體中的一種或多種電解質(zhì)與含有可生物降解材料的第二流體的混合物；C)使B)的混合物在微生物存在下與所述陽極接觸；D)使所述陰極與陰極電解質(zhì)接觸；E)從所述微生物燃料電池取出所述流體混合物。
文檔編號(hào)H01M8/16GK102906924SQ201180024684
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者S.A.沃林, S.T.馬圖希 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司