專利名稱：一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置及該裝置的陰極處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池發(fā)電裝置及該裝置的陰極處理方法。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置?，F(xiàn)階段MFC通常分為液相陰極和空氣陰極兩種類型。液相陰極電子受體可以是具有高氧化還原電位的物質(zhì)，但是陰極電解液多為化學(xué)藥劑(如鐵氰化鉀或高錳酸鉀等)，隨著電池的運(yùn)行需要不斷向陰極中補(bǔ)充電解液，不適合實(shí)際應(yīng)用。有些產(chǎn)物還容易造成二次污染。而空氣陰極MFC是利用空氣中的氧氣為電子受體，不需要外加電子受體，空氣又是無限的免費(fèi)品，可大量節(jié)約投資成本，與液相陰極電子受體的化學(xué)品相比，陰極基質(zhì)不用定期更換，是理想的微生物燃料電池。但是由于氧氣分子在陰極表面發(fā)生的三相(氣相、液相、 固相)還原反應(yīng)速率很慢，需要使用昂貴的金屬Pt作為催化劑來降低反應(yīng)的過電位損失， 故此大大增加了空氣陰極燃料電池的造價(jià)，實(shí)際的應(yīng)用受到限制。另外，金屬離子會造成陰極催化劑中毒，導(dǎo)致微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行失敗。沉積物微生物燃料電池(Sediment Microbial FuelCeH，SMFC)的工作原理與微生物燃料電池類似，在沉積物微生物燃料電池中，作為陽極的電極被埋在水底沉積物中，而作為陰極的電極則懸于陽極上方的水中，其不需要投加電子受體或供氧劑，并可以在氧化有機(jī)物的同時(shí)產(chǎn)生一定的電能。但是現(xiàn)有的SMFC陰極處由于有限的溶解氧和氧氣的擴(kuò)散速率慢，造成其高的過電位，常用的是使用昂貴的金屬Pt作為催化劑來降低反應(yīng)的過電位損失，故此大大增加了燃料電池的造價(jià)，實(shí)際的應(yīng)用受到限制，另外，金屬離子會造成陰極催化劑中毒，導(dǎo)致微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行失敗。而陽極生物親和性和導(dǎo)電性能差，只適合試驗(yàn)室研究，不適合工業(yè)化大面積處理污水和沉積物中的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置及該裝置陰極的處理方法，以解決現(xiàn)有沉積物燃料電池裝置陽極生物親和性和導(dǎo)電性能差、陰極需要昂貴的催化劑來提高陰極區(qū)反應(yīng)速率以及不適合工業(yè)化大面積處理污水和沉積物中污染物的問題。本發(fā)明為解決上述問題而采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置包括陽極、陰極、導(dǎo)線和電阻， 陽極與導(dǎo)線的一端連接，導(dǎo)線的另一端與陰極連接，導(dǎo)線的兩端之間還聯(lián)接有電阻；該裝置還包括陰極框架和陽極框架，陰極框架設(shè)置在陽極框架上面并可拆卸連接，陽極置于陽極框架上，陰極置于陰極框架上，所述的陽極由多個(gè)碳板并列組成，每個(gè)碳板的外表面具有納米碳涂層,所述的陰極的材料為00Crl7Nil2Mo2N、00Crl7Nil3Mo2N、sus316或sus316L的其中一種，且陰極的外表面具有滲氮層。一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置的陰極處理方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn): 一、無規(guī)刻蝕處理將原材料預(yù)先用水清洗，將清洗后的材料置于雙電極刻蝕反應(yīng)池的陽極上，同時(shí)向反應(yīng)池加入刻蝕劑，保持陰陽電極間距為5 15cm，在電壓為5 10V，電流為 150 300A條件下，反應(yīng)15min 60min，其中刻蝕劑是由lmol/L的鹽酸和lmol/L的硝酸按體積比為100 (1 幻的比例配成或者是質(zhì)量百分比濃度為10%的氫氟酸；二、將經(jīng)步驟一處理的無規(guī)刻蝕材料用水清洗后，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；三、等離子體滲氮處理將經(jīng)步驟二處理的刻蝕材料放入等離子體電解池中， 將電解液加入到上述電解池中，在工作電壓為220 250V、電流密度為0. 8 1. 2A/cm2和電解液工作溫度為20°C 45°C的條件下，處理3 5min，所述的電解液由尿素、氯化鈉和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成或由尿素、氯化鉀和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成；四、將經(jīng)步驟三處理的滲氮材料用水清洗，酒精擦洗，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、 1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；五、將經(jīng)步驟四處理的滲氮材料，放置在固溶處理爐內(nèi)，在溫度為1050 1100°C條件下處理Imin 6min后，快速冷卻至室溫，即制得本發(fā)明裝置的陰極。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，本發(fā)明制造成本低廉，本發(fā)明裝置的陽極的表面具有納米碳涂層，利于增大陽極的比表面積和擴(kuò)大微生物膜的生成面積，提高了陽極的親和性與導(dǎo)電性；陰極采用不銹鋼奧氏體材料，經(jīng)過無規(guī)刻蝕處理，增加了陰極的表面積，強(qiáng)化了奧氏體晶間結(jié)構(gòu)，使之與溶解氧更加充分接觸，使陰極反應(yīng)速率提高；經(jīng)滲氮處理材料表面的活性原子濃度提高，有利于陰極溶解氧與電子的結(jié)合；經(jīng)固溶處理后，則進(jìn)一步增加陰極的電化學(xué)特性和防腐能力。(2)本發(fā)明裝置無需電子中介體，無需催化劑，無需離子交換膜材料對陽極與陰極的隔離，以電極作為電子受體，利用水體自然溶解氧的梯度分布，實(shí)現(xiàn)陽極厭氧氧化反應(yīng)， 微生物氧化有機(jī)污染物，陰極好氧還原反應(yīng)，氧氣還原生成水，實(shí)現(xiàn)處理水體沉積物的有機(jī)污染物的同時(shí)，能產(chǎn)生一定的電能，也能去除水中一定污染物，能對自然水體實(shí)現(xiàn)除污產(chǎn)電凈化。本發(fā)明裝置在水體或水域中運(yùn)行后，陰極表面會自動(dòng)生產(chǎn)好氧生物膜，更有利于加速陰極的反應(yīng)速率，提高裝置的產(chǎn)電能力。(3)本發(fā)明具有單體式和分體式兩種方式對水體沉積物的有機(jī)污染物處理。單體式水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置(WSMFC)，如本發(fā)明圖2所示。即陰極框架與陽極框架組裝在一起，在水體中整體使用，陽極框架置于水體沉積物中，而陰極框架置于沉積物上方的水中，可移位對不同水體沉積物和水中污染物進(jìn)行處理，適用于較小面積封閉水體沉積物污染物及水中污染物處理；分體式水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，陽極與陰極分離組裝，陽極采用多組陽極框架，陽極框架置于水體沉積物中，而陰極框架則集中放置于某一區(qū)域水面，也可將陰極框架集中設(shè)置在岸基陰極池內(nèi)，確保陰極區(qū)溶解氧的濃度，確保陰極區(qū)面積與陽極面積的匹配比例。分體式水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置陰極可多層疊放，以提高陰極區(qū)利用效率，適用于較大水中有機(jī)污染物和水體沉積物中有機(jī)污染物處理。(4)經(jīng)本發(fā)明裝置對水體沉積物有機(jī)污染物處理的運(yùn)行測試，其沉積物中的有機(jī)污染物去除率可達(dá)到90%以上，適合于大面積水中有機(jī)污染物或封閉水體以及不同水體深度的沉積物中有機(jī)污染物的處理。


圖1是本發(fā)明的一種水體沉積物燃料電池發(fā)電裝置整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是陽極、 陰極、陽極框架和陰極框架連接結(jié)構(gòu)主視圖，圖3是圖2的左視圖，圖4是圖2的俯視圖，圖 5是圖2的仰視圖，圖6是本發(fā)明的工作原理圖，圖7是本發(fā)明的陽極結(jié)構(gòu)主視圖，圖8是圖 7的俯視圖，圖9是本發(fā)明陰極板結(jié)構(gòu)主視圖，圖10是圖9的左視圖，圖11是本發(fā)明絕緣支撐板的主視圖，圖12是圖11的俯視圖，圖13是具體實(shí)施方式
十一中經(jīng)刻蝕處理制得的材料金相結(jié)構(gòu)照片圖，圖14是具體實(shí)施方式
十一中經(jīng)固溶處理制得的材料金相結(jié)構(gòu)照片圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置包括陽極1、陰極2、導(dǎo)線5和電阻12，陽極1與導(dǎo)線5的一端連接，導(dǎo)線5的另一端與陰極2連接，導(dǎo)線5的兩端之間還聯(lián)接有電阻12 ；該裝置還包括陰極框架 3和陽極框架4，陰極框架3設(shè)置在陽極框架4上面并可拆卸連接，陽極1置于陽極框架4 上，陰極2置于陰極框架3上，所述的陽極1由多個(gè)碳板1-1并列組成，每個(gè)碳板1-1的外表面具有納米碳涂層，所述的陰極2的材料為00Crl7Nil2Mo2N、00Crl7Nil3Mo2N、sus316或 sus316L的其中一種。本實(shí)施方式的納米碳涂層的材料是純度為99. 9%、粒徑為40nm的碳粉。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖7和圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)碳板1-1的厚度Wl為IOmm 20mm，寬度Hl為IOOmm 400mm，長度Ll為500mm IOOOmm ；每個(gè)碳板 1-1的寬度方向的側(cè)面上均勻分布有多個(gè)孔，每個(gè)孔的孔徑為3. 0 5. 0mm，相鄰兩孔中心距為6mm 10mm。本實(shí)施方式采用的碳板由高強(qiáng)碳顆粒、浙青材料和石墨材料復(fù)合而成， 碳板密度為1. 85cm3/g,密度高，采用多孔結(jié)構(gòu)板，均達(dá)到增加比表面積目的，比表面積達(dá)能到^OOm2Ai3以上，從而使陽極更有利于電子吸附，提高電化學(xué)活性。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1-圖5、圖7和圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)碳板1-1的外表面上還具有生物膜層。本實(shí)施方式的生物膜層的材料為斯梯克蘭梭菌 (Clostridium sticklandii)；門多薩假單胞菌(Pseudomonas mendocina)；類芽胞桿菌 (Paenibacillus taejonensis)中的其中一種或幾種。本實(shí)施方式的活性生物膜啟動(dòng)后，在厭氧環(huán)境下生存率高，是可以長期運(yùn)行的產(chǎn)電生物膜，具有微生物水體微環(huán)境特征，從而使本發(fā)明裝置對水體沉積物污染物處理的效率增加，提高產(chǎn)電能量。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1、圖2和圖11-圖12說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置還包括兩個(gè)絕緣支撐板10和兩個(gè)絕緣蓋板9，每個(gè)絕緣支撐板10上具有多個(gè)開口槽10-1，每個(gè)開口槽10-1的寬度W3與每個(gè)碳板1-1的厚度 Wl相同，每個(gè)碳板1-1的一端設(shè)有凸臺Ι-la，每個(gè)開口槽10-1的高度L3與每個(gè)碳板1_1 的寬度Hl相一致，每個(gè)開口槽10-1的厚度H3小于每個(gè)碳板1-1的凸臺I-Ia的長度L4，每個(gè)碳板1-1均垂直設(shè)置于兩個(gè)絕緣支撐板10之間相對應(yīng)的兩個(gè)開口槽10-1上，兩個(gè)絕緣蓋板9中的一個(gè)置于兩個(gè)絕緣支撐板10中的其中一個(gè)的上端面，兩個(gè)絕緣蓋板9中剩余一個(gè)置于兩個(gè)絕緣支撐板10中的剩余一個(gè)的上端面，每個(gè)絕緣蓋板9與相應(yīng)絕緣支撐板10 可拆卸連接，所述的兩個(gè)絕緣支撐板10、兩個(gè)絕緣蓋板9和多個(gè)碳板1-1組合成一個(gè)組合體 11，該組合體11與陽極框架4可拆卸連接。如此設(shè)置，本實(shí)施方式的陽極板組成的陽極具有立體結(jié)構(gòu)，有效提高微生物向陽極傳遞電子的能力。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1、圖2和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置還包括絕緣墊板7和絕緣隔離板8，所述的陰極2由兩個(gè)陰極板2-1構(gòu)成，絕緣墊板7置于陰極框架3上并與陰極框架3可拆卸連接，所述的兩個(gè)陰極板2-1均置于絕緣墊板7上，并分別與絕緣墊板7可拆卸連接，所述的兩個(gè)陰極板2-1之間設(shè)置有絕緣隔離板8 ；每個(gè)陰極板2-1的寬度H2為200mm 400mm，長度L2為400mm 1000mm，厚度W2為0. Imm 5. Omm0如此設(shè)置，使陽極表面積和陰極表面積具有一定的匹配比例，有利于增大電流密度，提高產(chǎn)電能量。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1、圖2和圖7-圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的陽極1與陰極2的表面積之比為2 20 1。如此設(shè)置，可使裝置保持穩(wěn)定產(chǎn)電。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的陽極1和陰極2分別與導(dǎo)線5通過鈦合金或鈦材料焊條焊接。如此設(shè)置，可提高電路結(jié)點(diǎn)在水中的防腐能力。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1-圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的陽極框架4和陰極框架3的材料均為不銹鋼或鋁合金。如此設(shè)置，可有效提高裝置的防腐能力，適合不同水域的水體。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1-圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置還包括監(jiān)控設(shè)備6，所述的監(jiān)控設(shè)備6并聯(lián)在電阻12的兩端，該監(jiān)控設(shè)備6是電壓表和電流表。如此設(shè)置，將監(jiān)控設(shè)備接入陽極與陰極的電路中，通過裝置的產(chǎn)電，支持設(shè)備監(jiān)控電路的運(yùn)行狀態(tài)(電流和電壓)，也可將照明電器接入陽極與陰極的電路中，支持照明電器照明工作，經(jīng)監(jiān)測可產(chǎn)生1 對伏的開路電壓。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置的陰極處理方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)，一、無規(guī)刻蝕處理將原材料預(yù)先用水清洗，將清洗后的材料置于雙電極刻蝕反應(yīng)池的陽極上，同時(shí)向反應(yīng)池加入刻蝕劑，保持陰陽電極間距為5 15cm，在電壓為5 10V，電流為150 300A條件下，反應(yīng)15min 60min，其中刻蝕劑是由 lmol/L的鹽酸和lmol/L的硝酸按體積比為100 (1 5)的比例配成或者是質(zhì)量百分比濃度為10%的氫氟酸；二、將經(jīng)步驟一處理的無規(guī)刻蝕材料用水清洗后，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；三、等離子體滲氮處理將經(jīng)步驟二處理的刻蝕材料放入等離子體電解池中，將電解液加入到上述電解池中，在工作電壓為220 250V、 電流密度為0. 8 1. 2A/cm2和電解液工作溫度為20°C 45°C的條件下，處理3 5min，所述的電解液由尿素、氯化鈉和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成或由尿素、氯化鉀和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成；四、將經(jīng)步驟三處理的滲氮材料用水清洗，酒精擦洗，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；五、將經(jīng)步驟四處理的滲氮材料，放置在固溶處理爐內(nèi)，在溫度為1050 1100°C條件下處理Imin 6min后，快速冷卻至室溫，即制得本發(fā)明裝置的陰極。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置的陰極處理方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)一、無規(guī)刻蝕處理將原材料預(yù)先用水清洗，將清洗后的材料置于雙電極刻蝕反應(yīng)池的陽極上，同時(shí)向反應(yīng)池加入刻蝕劑，保持陰陽電極間距為10cm，在電壓為8V，電流為220A條件下，反應(yīng)36min，其中刻蝕劑是由lmol/L的鹽酸和 lmol/L的硝酸按體積比為100 4的比例配成；二、將經(jīng)步驟一處理的無規(guī)刻蝕材料用水清洗后，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；三、等離子體滲氮處理將經(jīng)步驟二處理的刻蝕材料放入等離子體電解池中，將電解液加入到上述電解池中， 在工作電壓為235V、電流密度為1. OA/cm2和電解液工作溫度為30°C的條件下，處理％iin， 所述的電解液由尿素、氯化鈉和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成或由尿素、氯化鉀和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成；四、將經(jīng)步驟三處理的滲氮材料用水清洗，酒精擦洗，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；五、將經(jīng)步驟四處理的滲氮材料，放置在固溶處理爐內(nèi)，在溫度為1100°C條件下處理6min后，快速冷卻至室溫，即制得本發(fā)明裝置的陰極。本實(shí)施方式經(jīng)刻蝕制得的材料金相結(jié)構(gòu)照片圖如圖13所示，從圖13中可以看出， 不銹鋼微觀結(jié)構(gòu)更細(xì)化，更有利于陰極溶解氧與電子的結(jié)合。本實(shí)施方式經(jīng)固溶處理制得的材料，經(jīng)時(shí)效處理4h，再經(jīng)苦味酸和鹽酸水溶液浸蝕，放大500倍拍攝的金相結(jié)構(gòu)照片圖如圖14所示，從圖14中可以看出，組織和化學(xué)成分均勻一致，并有深色鉻氮化合物析出，材料的這種結(jié)構(gòu)和成分有利于增加陰極的電化學(xué)特性和耐防腐能力。工作原理陽極置于水體沉積物內(nèi)，沉積物中的有機(jī)污染物在陽極上的預(yù)置生物膜層材料(如斯梯克蘭梭菌(Clostridium sticklandii)；門多薩假單胞菌(I^seudomonas mendocina)；類芽胞桿菌(PaenikiciIlus taejonensis)或者陽極區(qū)厭氧微生物(如脆弱類桿菌群、核梭桿菌、厭氧革蘭陰性菌群等)的催化作用下被氧化，并在陽極上釋放出電子，電子經(jīng)過生物細(xì)胞膜傳遞給陽極，在經(jīng)導(dǎo)線輸送到陰極，陰極置于陽極上方的水中，質(zhì)子經(jīng)過沉積物相傳遞到水相，由于溶解氧濃度從底部到水體表面逐漸增高，溶解氧濃度高的陰極區(qū)獲得質(zhì)子，在陰極區(qū)，電子和質(zhì)子與氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成水，消耗了陽極產(chǎn)生的電子，隨著陽極區(qū)有機(jī)物的不斷氧化，陰極區(qū)的持續(xù)還原反應(yīng)，水體沉積物中的有機(jī)污染物得到快速有效處理，外電路上通過電壓和電流的檢測，將照明電器接入陽極與陰極的電路之中，就可以實(shí)現(xiàn)裝置的供電功能。
權(quán)利要求
1.一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，該裝置包括陽極(1)、陰極O)、導(dǎo)線(5) 和電阻(12)，陽極(1)與導(dǎo)線(5)的一端連接，導(dǎo)線(5)的另一端與陰極(2)連接，導(dǎo)線(5) 的兩端之間還聯(lián)接有電阻(12)；其特征在于該裝置還包括陰極框架(3)和陽極框架0)， 陰極框架(3)設(shè)置在陽極框架(4)上面并可拆卸連接，陽極(1)置于陽極框架(4)上，陰極 ⑵置于陰極框架⑶上，所述的陽極⑴由多個(gè)碳板(1-1)并列組成，每個(gè)碳板(1-1)的外表面具有納米碳涂層，所述的陰極O)的材料為00Crl7Nil2Mo2N、00Crl7Nil3Mo2N、sus316 或sus316L的其中一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于 每個(gè)碳板(1-1)的厚度(Wl)為IOmm 20mm，寬度(Hl)為IOOmm 400mm，長度(Li)為 500mm IOOOmm ；每個(gè)碳板(1_1)的寬度方向的側(cè)面上均勻分布有多個(gè)孔，每個(gè)孔的孔徑為 3. Omm 5. Omm,相鄰兩孔中心距為6mm 10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于每個(gè)碳板(1-1)的外表面上還具有生物膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于該裝置還包括兩個(gè)絕緣支撐板(10)和兩個(gè)絕緣蓋板(9)，每個(gè)絕緣支撐板(10)上具有多個(gè)開口槽(10-1)，每個(gè)開口槽(10-1)的寬度(W3)與每個(gè)碳板(1-1)的厚度(Wl)相同，每個(gè)碳板(1-1)的一端設(shè)有凸臺(I-Ia)，每個(gè)開口槽(10-1)的高度(L3)與每個(gè)碳板(1_1)的寬度(Hl)相一致，每個(gè)開口槽(10-1)的厚度(H3)小于每個(gè)碳板(1-1)的凸臺(I-Ia)的長度(L4)，每個(gè)碳板(1-1)均垂直設(shè)置于兩個(gè)絕緣支撐板(10)之間相對應(yīng)的兩個(gè)開口槽 (10-1)上，兩個(gè)絕緣蓋板(9)中的一個(gè)置于兩個(gè)絕緣支撐板(10)中的其中一個(gè)的上端面， 兩個(gè)絕緣蓋板(9)中剩余一個(gè)置于兩個(gè)絕緣支撐板(10)中的剩余一個(gè)的上端面，每個(gè)絕緣蓋板(9)與相應(yīng)絕緣支撐板(10)可拆卸連接，所述的兩個(gè)絕緣支撐板(10)、兩個(gè)絕緣蓋板 (9)和多個(gè)碳板(1-1)組合成一個(gè)組合體(11)，該組合體(11)與陽極框架(4)可拆卸連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于 所述的裝置還包括絕緣墊板(7)和絕緣隔離板(8)，所述的陰極O)由兩個(gè)陰極板(2-1) 構(gòu)成，絕緣墊板(7)置于陰極框架(3)上并與陰極框架(3)可拆卸連接，所述的兩個(gè)陰極板均置于絕緣墊板(7)上，并分別與絕緣墊板(7)可拆卸連接，所述的兩個(gè)陰極板 (2-1)之間設(shè)置有絕緣隔離板(8)；每個(gè)陰極板的寬度0 )為200mm 400mm，長度 (L2)為 400mm 1000mm，厚度(W2)為 0. Imm 5. 0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于所述的陽極⑴與陰極⑵的表面積之比為2 20 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于陽極(1)和陰極( 分別與導(dǎo)線( 通過鈦合金材料或鈦材料焊條焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于陽極框架(4)和陰極框架(3)的材料均為不銹鋼或鋁合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置，其特征在于該裝置還包括監(jiān)控設(shè)備(6)，所述的監(jiān)控設(shè)備(6)并聯(lián)在電阻(1 的兩端，該監(jiān)控設(shè)備(6)是電壓表和電流表。
10.一種權(quán)利要求1的水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置的陰極處理方法，其特征在于該方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、無規(guī)刻蝕處理將原材料預(yù)先用水清洗，將清洗后的材料置于雙電極刻蝕反應(yīng)池的陽極上，同時(shí)向反應(yīng)池加入刻蝕劑，保持陰陽電極間距為 5 15cm，在電壓為5 10V，電流為150 300A條件下，反應(yīng)15min 60min，其中刻蝕劑是由lmol/L的鹽酸和lmol/L的硝酸按體積比為100 (1 5)的比例配成或者是質(zhì)量百分比濃度為10%的氫氟酸；二、將經(jīng)步驟一處理的無規(guī)刻蝕材料用水清洗后，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；三、等離子體滲氮處理將經(jīng)步驟二處理的刻蝕材料放入等離子體電解池中，將電解液加入到上述電解池中，在工作電壓為220 250V、電流密度為0. 8 1. 2A/cm2和電解液工作溫度為20°C 45°C的條件下，處理3 5min，所述的電解液由尿素、氯化鈉和水按質(zhì)量比為8. 5 0. 5 1的比例配成或由尿素、 氯化鉀和水按質(zhì)量比為8. 5 0.5 1的比例配成；四、將經(jīng)步驟三處理的滲氮材料用水清洗，酒精擦洗，自然干燥，再經(jīng)砂紙粗磨、1000#金相砂紙細(xì)磨處理和丙酮擦洗；五、將經(jīng)步驟四處理的滲氮材料，放置在固溶處理爐內(nèi)，在溫度為1050 1100°C條件下處理Imin 6min后，快速冷卻至室溫，即制得本發(fā)明裝置的陰極。
全文摘要
一種水體沉積物微生物燃料電池發(fā)電裝置及該裝置的陰極處理方法，它涉及一種微生物燃料電池發(fā)電裝置及一種電池裝置陰極的處理方法，以解決現(xiàn)有沉積物燃料電池裝置陽極生物親和性和導(dǎo)電性能差、陰極需要昂貴的催化劑來提高陰極區(qū)反應(yīng)速率以及不適合工業(yè)化大面積處理污水和沉積物中的污染物的問題。該裝置包括陽極、陰極、導(dǎo)線和電阻，陽極與導(dǎo)線的一端連接，導(dǎo)線的另一端與陰極連接，導(dǎo)線的兩端之間還聯(lián)接有電阻；還包括陰極框架和陽極框架，陰極置于陰極框架上，陽極置于陽極框架上，所述的陰極為不銹鋼奧氏體材料。該裝置陰極的處理方法一、無規(guī)刻蝕；二、等離子體滲氮；三、固溶。本發(fā)明用于水體沉積物及水中有機(jī)污染物的處理。
文檔編號C02F3/34GK102231440SQ20111009960
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者王英男, 韓忠健, 韓悟冥 申請人:哈爾濱佳泰達(dá)科技有限公司