[实用新型]光催化燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电池系统，尤其涉及一种光催化燃烧电池。

背景技术

能量和水资源的短缺，是全球面临的两个重要挑战，对人类社会可持续发展构成了严重威胁。污水中蕴含了巨大的能量，1kg化学需氧量（COD）完全氧化为水和CO₂理论上可以产生3.86kW·h的能量，如果生活污水以400mg/LCOD计，则所含能量为1.544kW·h/m³，是我国污水处理厂处理1m³污水平均电耗的5.3倍。近几年光催化燃料电池（PFC）的出现和快速发展，也实现了从废水中回收电能，但现有的大多数PFC多采用铂作为阴极材料，使得PFC的成本大大提高；在处理难降解物质时，PFC出水仍有一部分小分子物质需进一步降解。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种光催化燃料电池。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：本实用新型光催化燃料电池包括反应容器，所述反应容器包括阳极室、光催化阳极、阴极室、生物阴极和离子交换膜；所述反应容器被所述离子交换膜分隔成阳极室和阴极室；所述阴极室内为好氧环境；阳极室内置有光催化阳极，阴极室内置有生物阴极；阳极室设有阳极室进水口、阳极室出水口，阴极室设有阴极室进水口、阴极室出水口和阴极室出气口；所述阳极室出水口通过导管与所述阴极室进水口相连通；所述光催化阳极和所述生物阴极之间串联有外电阻。

进一步地，本实用新型所述阳极室的侧壁上镶嵌有石英玻璃窗口。

进一步地，本实用新型在反应容器的外部设有光源，所述光源发射的光能够通过所述石英玻璃窗口进入所述阳极室内以使阳极室内的光催化阳极进行光催化反应。

进一步地，本实用新型还包括为所述阴极室提供氧气的供氧装置。

进一步地，本实用新型所述供氧装置包括相互连通的曝气头和空气泵，其中，所述曝气头置于阴极室内，所述空气泵置于所述反应容器的外部。

进一步地，本实用新型所述阴极室的顶部呈敞口状，该敞口为所述阴极室出气口。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：（1）采用阳极室的光催化反应与阴极室的好氧生物反应相耦合，利用光催化无选择性降解污染物的特性，先将具有生物毒性的物质降解为毒性低的小分子，再进入阴极室进行生物降解，强化难降解污染物的去除；（2）采用具有电化学活性的生物膜作为阴极催化剂，在生长代谢的同时催化阴极反应，具有稳定、可再生的特点，避免了贵金属催化剂的使用，降低了装置的成本；（3）采用离子交换膜将阳极室的光催化反应和阴极室的生物反应分隔开，保障阴极室的生物反应不受阳极室的光催化反应的影响；（4）能以废水为燃料生产电能，实现废水处理和产电的同步进行，有效回收废水中所蕴含的能量，降低废水处理的成本。

附图说明

图1是本实用新型光催化燃料电池的结构示意图。

图中：1-阳极室进水口，2-阳极室，3-离子交换膜，4-阴极室，5-阴极室出水口，6-光催化阳极，7-生物阴极，8-外电阻，9-阳极室出水口，10-阴极室进水口，11-曝气头，12-空气泵，13-阴极室出气口，14-反应容器，15-石英玻璃窗口，16-光源，17.导管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型光催化燃料电池包括反应容器14，反应容器14包括阳极室2、阴极室4和离子交换膜3。反应容器14被离子交换膜3分隔成阳极室2和阴极室4；光催化阳极6置于阳极室2内，生物阴极7置于阴极室4内。本实用新型利用离子交换膜3将阳极室2的光催化反应和阴极室4的生物反应分隔开，保障阴极室4的生物反应不受阳极室2的光催化反应的影响。本实用新型可在阴极室4内接种好氧污泥，从而使得阴极室4为好氧环境。阳极室2设有阳极室进水口1和阳极室出水口9，阴极室4设有阴极室进水口10、阴极室出水口5和阴极室出气口13。阳极室出水口9通过导管17与阴极室进水口10相连通。光催化阳极6与生物阴极7之间串联有外电阻8。

本实用新型在阳极室2的侧壁上密封镶嵌有石英玻璃窗口15。在石英玻璃窗口15的外部设有光源16，光源16正对石英玻璃窗口15，使得光源16发射的光能够通过石英玻璃窗口15进入阳极室2，从而使阳极室2内的光催化阳极6在光源16发射的光的作用下发生光催化反应。