本发明专利技术涉及一种填料型植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极室、阳极室、导线、外用电阻和水生植物；所述阴极室内设有阴极电极和阴极电解液；所述阳极室内设有阳极电极和阳极电解液；所述阴极电极和阳极电极通过导线分别连接到外用电阻的两端；所述阴极室和阳极室上部与空气接触处均种有水生植物；所述阴极室和阳极室内均设有填料，阴极室与阳极室之间通过质子交换膜分隔。本发明专利技术成本低廉，应用于污水处理和污染物净化时，运行周期长、维护简单、去污能力强、污染物降解效果好；能有效利用废弃生物质能。?
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于可再生能源领域，特别涉及一种填料型植物电极的微生物燃料电池装置。
技术介绍
微生物燃料电池( Microbial Fuel Cell, 以下简称MFC)是以微生物为催化剂，通过降解有机物将化学能转化为电能的一种装置，不仅能以单一的碳水化合物作为燃料发电，还能利用各种废弃生物质的水解产物作为燃料发电，使废弃生物质的再利用成为可能。该技术是一种新概念的废物处理和能源利用方式，具有在生物质能转化和利用方面发挥重要作用的潜力，发展潜力广阔。（黄丽萍, 成少安. 微生物燃料电池生物质能利用现状与展望.生物工程学报.2010,26(7):942-949；Venkata Mohan, Chandrasekhar. Solid phase microbial fuel cell (SMFC) for harnessing bioelectricity from composite food waste fermentation: Influence of electrode assembly and buffering capacity. Bioresource Technology. 2011,102(14): 7077-7085.）。根据反应器的构型不同，微生物燃料电池装置主要分为单室式、双室式两大类，双室MFC又可分为矩形式、双瓶式、平板式、上流式等（宋天顺, 晏再生, 胡颖等. 沉积物微生物燃料电池修复水体沉积物研究进展. 现代化工.2009,29(11): 15-19），工作原理是阳极室内的微生物在厌氧条件下代谢水中的有机质(葡萄糖等)，产生电子和质子。电子传递到阳极，再经由外电路到达阴极；质子则穿过质子交换膜或直接通过电解质到达阴极。在阴极室，质子、电子和氧相结合生成水。阴阳两极之间存在电位差，最高电位可达(0.5-0.8)V，这与氢燃料电池产生的电压相接近，通过对反应器的集成，可以将这样的低电压转换成较高电压，从而获得可利用的电能。MFC可以替代生物乙醇技术利用半纤维素水解产物产生电能。半纤维素水解产物主要成分之一的木糖曾被研究者用作MFC的燃料产电。Catal等人（Catal T, Li K, Bermek H, et al. Electricity production from twelve monosaccharides using microbial fuel cells. Journal of Power Sources, 2008, 175(1): 196?200）利用木质纤维素水解过程产生的十二种单糖做为MFC燃料产电。结果表明，MFC可有效的利用木质纤维素水解产物中的多种单糖，在产电的同时将之完全降解为CO2。因此，木质纤维素的利用与MFC的结合，将促进生物质的多元利用。梁鹏等人（梁鹏，范明志，曹效鑫等，填料型微生物燃料电池产电特性的研究.环境科学.2008,29(2):512-517）将石墨和碳毡作为阳极填料组装成填料型微生物燃料电池，其启动期在1d左右。碳毡作为填料时，微生物燃料电池的最大产电功率密度为1502mW/m2(37.6W/m3)。将碳毡与碳纸烧结一体以提高填料型微生物燃料电池阳极的导电性，与平板型微生物燃料电池相比，其面积内阻从0.071Ω·m2下降到0.051Ω·m2，最大电流密度从3000mA上升到8000mA，最大产电功率密度从1100mW/m2(27.5W/m3)上升到2426mW/m2(60.7W/m3)，阳极电势平均下降100mV。填料型微生物燃料电池在外电阻为600Ω下长期稳定运行30d以上，其库仑效率约为10.6%。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种依靠水生植物生长直接产电，且用于污水或废弃物处理时，具有污染物净化效果好、成本低、运行维护简单、可再生性强、可直接产生电能等特点的填料型植物电极的微生物燃料电池装置。实现本专利技术目的的技术方案是：一种填料型植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极室、阳极室、导线、外用电阻和水生植物；所述阴极室内设有阴极电极和阴极电解液；所述阳极室内设有阳极电极和阳极电解液；所述阴极电极和阳极电极通过导线分别连接到外用电阻的两端；所述阴极室和阳极室上部与空气接触处均种有水生植物；所述阴极室和阳极室内均设有填料，阴极室与阳极室之间通过质子交换膜分隔。上述技术方案所述阳极电解液为废弃秸秆生物质水解液。上述技术方案所述阴极电解液可以是废弃秸秆生物质水解液、生活废水、工厂废水、葡萄糖或醋酸盐。上述技术方案所述填料从下到上依次为石头、颗粒活性炭、细石和石英砂。上述技术方案所述水生植物可以为水甜茅、大米草、野古草、美人蕉、菖蒲、象草中的一种或两种或两种以上。上述技术方案所述阴极电极和阳极电极均为为石墨毡、碳纸、碳布中的一种或两种或三种。上述技术方案所述阴极室和阳极室均为圆筒状。采用上述技术方案后，本专利技术具有以下积极的效果：（1）成本低廉：水生植物种植成本很低，无需价格高昂的负载贵金属如铂、金等阴极电极材料，价格低廉，性能优良；（2）该装置应用于污水处理和污染物净化时，运行周期长、维护简单、去污能力强、污染物降解效果好；（3）该装置应用废弃生物质水解产物为阳极底物不仅能生产清洁能源-电能，同时还能有效利用废弃生物质能；（4）阴、阳极室颗粒活性炭填料的设置，不仅具有吸附作用，净化污水，同时还能为微生物提供载体，增大产电量，但不影响水生植物的生长。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术的结构示意图；图中1.阴极室，11.阴极电极，2.阳极室，21.阳极电极，3.导线，4.外用电阻，5.水生植物，6.填料，7.质子交换膜。具体实施方式（实施例1）见图1，本专利技术包括阴极室1、阳极室2、导线3、外用电阻4和水生植物5；阴极室1和阳极室2均为圆筒状，阴极室1内设有阴极电极11和阴极电解液；阳极室2内设有阳极电极21和阳极电解液；阴极电极11和阳极电极21通过导线3分别连接到外用电阻4的两端；阴极室1和阳极室2上部与空气接触处均种有水生植物5；阴极室1和阳极室2内均设有填料6，填料6从下到上依次为石头、颗粒活性炭、细石和石英砂，阴极室1与阳极室2之间通过质子交换膜7分隔。从阳极室2底部加入废本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种填料型植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极室（1）、阳极室（2）、导线（3）、外用电阻（4）和水生植物（5）；所述阴极室（1）内设有阴极电极（11）和阴极电解液；所述阳极室（2）内设有阳极电极（21）和阳极电解液；所述阴极电极（11）和阳极电极（21）通过导线（3）分别连接到外用电阻（4）的两端；所述阴极室（1）和阳极室（2）上部与空气接触处均种有水生植物（5）；其特征在于：所述阴极室（1）和阳极室（2）内均设有填料（6），阴极室（1）与阳极室（2）之间通过质子交换膜（7）分隔。
【技术特征摘要】
1.一种填料型植物电极的微生物燃料电池装置，包括阴极室（1）、阳极
室（2）、导线（3）、外用电阻（4）和水生植物（5）；所述阴极室
（1）内设有阴极电极（11）和阴极电解液；所述阳极室（2）内设有
阳极电极（21）和阳极电解液；所述阴极电极（11）和阳极电极（21
）通过导线（3）分别连接到外用电阻（4）的两端；所述阴极室（1）
和阳极室（2）上部与空气接触处均种有水生植物（5）；其特征在于
：所述阴极室（1）和阳极室（2）内均设有填料（6），阴极室（1）
与阳极室（2）之间通过质子交换膜（7）分隔。
2.根据权利要求1所述的填料型植物电极的微生物燃料电池装置，其特征
在于：所述阳极电解液为废弃秸秆生物质水解液。
3.根据权利要求2所述的填料型植物电极的微生物燃料电池装置，其特征
【专利技术属性】
技术研发人员：滕加泉，潘蓉，李昌，邓文英，夏世斌，陈玲，陆森森，
申请(专利权)人：江苏常环环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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