[发明专利]利用藻阴极微生物燃料电池同时进行除镉产电的方法

说明书

本发明涉及一种利用藻阴极微生物燃料电池同时进行除镉产电的方法。该方法将微藻应用于微生物燃料电池的阴极，微藻在阴极吸收二氧化碳的同时，通过自发的光合作用产生氧气作为电子受体，实现了微生物燃料电池的自维持产电，获得的最大功率密度为32.9mW/m²‑209.07mW/m²。此外，阴极还进行着可溶性镉离子转变为难溶性氢氧化镉的反应，从而实现了水中镉离子的固定和去除。实验结果表明，水中Cd(II)浓度在1mg/L‑50mg/L范围内，去除效率可达到75％‑95％。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池及污水处理技术领域，具体涉及一种利用藻阴极微生物燃料电池同时进行除镉产电的方法。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种可以将有机质能转化为电能的新装置。在目前全球能源紧缺的情况下，MFC已经成为环境科学和工程研究领域的热点课题之一。影响微生物燃料电池性能的因素主要包括四个部分：电极材料、膜、电子供体和电子受体。在已公开的文献(J.S.Sravan,S.Kishore,

A.Verma,S.V.Mohan,Bioresource Technology Phasic availability ofterminal electron acceptor on oxygen reduction reaction in microbial fuelcell,Bioresour Technol.242(2017)101–108)中，氧和铁氰化物(K₃[Fe(CN)₆])在微生物燃料电池阴极中应用最为广泛。然而从环境安全角度考虑，不建议使用铁氰化物；维持微生物燃料电池氧的供应需要额外提供能量，这样一来会减少净能量输出。

光合藻类微生物燃料电池为微生物燃料电池的发展提供了一个新的视角和思路。藻类吸收阳极产生的二氧化碳，光合作用产生的氧气可作为电子受体，这样既避免了额外能量的输入同时又能够源源不断的提供电子受体。因此光合藻类微生物燃料电池是一个值得深入研究的方向，具体参见CN101853955A、CN101764241A、CN201877517U、CN107887628A等。

镉离子是毒性最强的重金属元素之一，主要来源于电镀、化工、电子、核工业等领域。含镉废水直接排放或者通过地表径流进入水体，容易造成大面积的水污染，如果这些水被用于饮用或灌溉，其中所含的镉离子会通过食物链进入人体并在肾脏中迅速积累，从而引起各种慢性疾病。《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)规定，饮用水中镉离子最大允许浓度为0.005mg/L。国际癌症研究机构(IARC)将镉列为人类致癌物。根据世界卫生组织(WHO)的规定，镉被列为最直接的重金属问题之一，因此去除水体中的镉离子非常必要且紧迫。