[发明专利]提高微生物燃料电池处理聚醚废水产电量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种提高微生物燃料电池处理聚醚废水产电量的方法。

背景技术

聚醚废水是聚醚多元醇类产品生产过程中产生的有机废水，基本组分为聚醚多元醇、苯乙烯、丙烯腈等，具有污染物种类多，成分复杂，有机浓度高，水质波动较大等特点。聚醚废水的COD浓度较高，其成分复杂但毒性不大，废水中含有各种分子量的聚醚产品中间体、未完全反应的原料及副反应产品，是一种较难降解的废水。在国内外聚醚废水处理技术领域中，利用微生物燃料电池(MFC)阳极氧化处理具有处理效率高、无二次污染、不需额外电能输入等优势。微生物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的产电装置，但是微生物燃料电池的产电量普遍较低。

为解决上述问题，赵煜(煤炭转化,2012,04，89-93)等提出在一定的温度范围内，温度提高可以有效提高微生物的电化学活性，增强细菌的产电能力，但其缺陷是需要额外输入电能。M.C.Costa(Bioresource Technology 101.2010，105–110)等提出在阳极厌氧条件下添加蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)能显著提高微生物燃料电池的产电率，但其缺陷是蒽醌-2,6-二磺酸钠易随出水流失造成二次污染。有效提高微生物燃料电池的产电量的方法可谓是少之又少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:本发明提供一中提高微生物燃料电池产电量的方法，应用于聚醚废水的处理当中。针对现有技术的不足，提供一种加速微生物燃料电池阳极处理聚醚废水的方法，采用碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴、阳电极，以增加阳极电子传递的速率，提高微生物燃料电池阳极聚醚废水氧化去除COD的速率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：微生物燃料电池的阳极室中是在微生物作用下被氧化的COD为5000mg/L的聚醚废水，阴极室中是待降解的甲基橙(20mg/L)。采用三电极隔膜式H型电解槽，将碳毡作为工作电极，在工作电极室内加入100mL浓度为0.029mol/L的蒽醌-2,6-二磺酸钠和20mL浓度为0.12mol/L的聚吡咯的均匀混合液，在电流密度为1.83～1.86mA/cm²、温度为10.0～10.2℃、聚合时间为3600～3800s的条件下在工作电极表面形成一层聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠薄层，制得碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠电极；再将碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极分别作为微生物燃料电池的阳极和阴极插入体积相等且其间以质子交换膜相隔的阳极室和阴极室中，并将碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极和碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极接入外电路；最后，阳极室中的被氧化的聚醚废水产生电子、质子，电子传递至碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阳极表面，经由外电路到达碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极，质子经质子交换膜扩散至阴极室，阴极室中的甲基橙染料、质子和经外电路到达碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极的电子在碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠阴极表面与氧气发生反应生成H₂O₂，使甲基橙被氧化脱色。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果:一、本发明采用电聚合-掺杂技术制备碳毡/聚吡咯/蒽醌-2,6-二磺酸钠(CF/PPy/AQDS)电极，在微生物燃料电池阴、阳电极同时采用CF/PPy/AQDS电极，增加阳极电子传递的速率(即电子从微生物细胞内传递到燃料电池阳极的过程)，显著提高微生物燃料电池氧化聚醚废水的速率，能快递有效地处理聚醚废水。二、本发明不需要额外输入电能。微生物燃料电池阳极室产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面经由外电路到达阴极电极，电子不断地产生、传递、流动形成电流，完成产电过程。同时，阴、阳电极同时采用CF/PPy/AQDS电极提高微生物燃料电池产电性能。三、本发明以废治废，阳极氧化聚醚废水产生的电能用于阴极的甲基橙燃料的氧化，具有非常高的环境友好性。四、本发明对甲基橙和聚醚废水的降解速率较快。阴极还原反应用于去甲基橙，阳极氧化反应用于去除本身较难降解的聚醚废水。阴、阳电极同时采用CF/PPy/AQDS电极增加了阳极电子传递的速率，加快了阳极的氧化反应和加大了阴极表面产生的H₂O₂的量，提高了对甲基橙和聚醚废水的降解速率。

附图说明

下面结合附图和实际例对本发明进一步说明。