[发明专利]模块化生物电化学系统和方法

权利要求书

1.一种生物电化学系统(BES)反应器，其包括：

位于中央的管；

螺旋卷绕反应器室，其包括绕着所述位于中央的管螺旋卷绕的一种或更多种阳极电极层片材、一种或更多种分离器或膜片材、和一种或更多种间隔片材；以及

一种或更多种阴极电极层，其包括一种或更多种阴极液或扩散的气体作为电子受体，可操作地与所述反应器室结合；

其中阳极液从位于中央的管进入所述反应器并流穿所述反应室，并被驱出所述反应器，所述阳极液与阳极电极层反应，从而在所述阳极电极层和阴极电极之间产生电势差。

2.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述阳极电极包括催化电化学反应、并在阳极电极和阴极电极之间产生电学电势的天然或驯化的微生物组织或者反应性酶。

3.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述阳极液从所述位于中央的管进入所述反应器，流穿所述反应器室内包含的打孔的孔，并在生物电化学反应后排出所述反应器。

4.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述扩散的气体包括空气或水性阴极液，该空气或阴极液从位于中央的管以外进入所述反应器室，并在反应后排出该反应器。

5.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述螺旋卷绕反应器室包括阳极电极、多孔间隔片、分离器或离子选择性膜、和阴极。

6.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述阳极液被动或主动地流穿所述反应器室。

7.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述阳极液通过一系列通道流穿所述反应器室，该通道由一种或更多种膜或物理分离器形成。

8.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述阴极包括可渗透空气的阴极或化学电解质阴极。

9.如权利要求1所述的BES反应器，其特征在于，所述螺旋卷绕反应器室提供的表面积和体积之比至少为100m²/m³，由此提供相对高的能量和化学产物输出，且残渣相对少。

10.用于促进流入物流体生物电化学脱盐的框板式反应容器，其包括：

阳极反应室，其包括一种或更多种活性阳极元件，以及与所述一种或更多种阳极元件结合的一种或更多种微生物组织；

包括盐电解质溶液的一种或更多种去离子室或脱盐室；

阴极反应器室，其包括一种或更多种活性阴极元件；

阳离子交换膜(CEM)或者阴离子交换膜(AEM)，其位于所述阳极室和所述去离子室或脱盐室中间；以及

第二CEM或AEM，其位于所述去离子室或脱盐室和所述阴极室中间。

11.如权利要求10所述的反应容器，其特征在于，在所述一种或更多种阳极元件上通过微生物活动产生的负电势驱动电子从阳极传输到一种或更多种所述去离子室或脱盐室电解质或者一种或更多种外部电阻，并最终到一种或更多种阴极电极元件。

12.如权利要求10所述的反应容器，其特征在于，在所述阳极室或所述脱盐室中的阴离子移动至一种或更多种活性阳极元件，并被所述一种或更多种活性阳极元件吸附。

13.如权利要求10所述的反应容器，其特征在于，在所述阴极室或所述脱盐室中的阳离子移动至一种或更多种活性阴极元件，并被所述一种或更多种活性阴极元件吸附。

14.如权利要求10所述的反应容器，其特征在于，当所述活性电极被离子饱和之后，除去来自所述阳极电极和阴极电极的电势，转换极性，或施加外部DC电势，从而从饱和的电极除去吸附的离子来浓缩溶液。

15.如权利要求10所述的反应容器，其特征在于，所述活性电极用作储能装置。