[发明专利]生物电化学制氢装置及利用该装置制取氢气的方法

权利要求书

1.一种生物电化学制氢装置，其特征在于，所述生物电化学制氢装置包括反应器、阳极、阴极、第一气体出口和外接电源，其中：

所述第一气体出口位于反应器的顶端；

所述阳极和阴极置于反应器中；

只有一个腔体的所述反应器中装入用于制氢的反应液；

阳极通过导线与外接电源的正极相连，阴极通过导线与外接电源的负极相连；

所述阳极设置一个插槽，所述阴极插入阳极的所述插槽中，并且阴极的顶部高于阳极的顶部。

2.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，所述生物电化学制氢装置还包括：挡板和第二气体出口；

所述挡板用于将阳极周围产生的副产气体和阴极周围产生的氢气隔离；

所述第一气体出口用于导出阴极上产生的氢气，所述第二气体出口用于导出阳极周围产生的副产气体。

3.如权利要求2所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述挡板用于将反应器液面以上的空间分隔为两部分，并且挡板深入反应器液面以下0.5cm～4cm，挡板底部以下的液面相通。

4.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述阳极的顶部和阴极的顶部在反应液的液面以下。

5.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述阴极位于阴极腔中，包含阴极的所述阴极腔插入阳极的所述插槽中；所述阴极腔用于使阴极和阳极不相接触，并且阳极周围的液体和阴极周围的液体相通。

6.如权利要求1或5所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述阴极和阳极间的距离小于10cm。 

7.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述阴极顶部高出阳极顶部的范围为0～6cm。

8.如权利要求1所述生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述反应液为污水和菌液的混合液体，或者，所述反应液为葡萄糖和菌液的混合液体。

9.如权利要求8所述生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述菌液中包含腐败希瓦氏菌、泥细菌、红螺菌、气单胞菌、梭菌中的一种或多种。

10.如权利要求8所述生物电化学制氢装置，其特征在于，

菌液与污水的体积比的范围为1∶100～60∶100。

11.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，所述生物电化学制氢装置还包括：

液体处理部件，用于去除反应液中的氧气，并将反应液通入所述反应器。

12.如权利要求1所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

阳极的表面积之和与阴极的表面积之和的比值范围为1∶5～50∶1。

13.如权利要求1、2、3、4、5、7、8、9、10、11或12所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述阳极的形状为片状、格状、球状或扇状，所述阳极为密实堆积的实体或镂空堆积的实体；

所述阴极的形状为片状、格状、球状或扇状，所述阴极为密实堆积的实体或镂空堆积的实体。

14.如权利要求1、2、3、4、5、7、8、9、10、11或12所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

阳极的电极材料为碳毡、碳纸、碳布或石墨，阳极负载的催化剂为产电电菌；

阴极的电极材料为碳毡、碳纸、碳布或石墨，阴极负载的催化剂为C-Pt、 镍、纳米MoS₂、雷内镍或Pt与Cu、Ni、Co的合金。

15.如权利要求1、2、3、4、5、7、8、9、10、11或12所述的生物电化学制氢装置，其特征在于，

所述外接电源提供的电源电压范围是250mV～1200mV。

16.一种利用权利要求1所述的生物电化学制氢装置制取氢气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将用于制氢的反应液导入反应器中；

利用外接电源在阳极和阴极之间施加电压；

所述阳极周围产生电子和质子，所述电子通过导线转移至阴极，所述质子转移至阴极；

在阴极上的电子和质子产生氢气并通过第一气体出口导出。