[发明专利]光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的装置

说明书

本发明公开了光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的装置，该装置包括反应器本体，在反应器本体顶壁的下表面设置有UV灯，进气管贯穿所述顶壁设置，出气管贯穿反应器本体上部侧壁设置，在出气管上设置有检测器连接管并与检测器连接，石墨阳极贯穿反应器本体下部侧壁设置，进液管和排液管贯穿反应器本体下部侧壁设置，在反应器本体的中部设置有滤纸层，滤纸层与光催化空气阴极连接并将反应器本体分成阴、阳极室，本发明将光催化与MFC结合在一起，提高VOCs的降解率，同时提高发电量，产生净能。本发明使用的催化剂可以解决光吸收效率低、性能不稳定的问题。本发明设备构造简单、效率高、成本较低、环境友好。

技术领域

本发明属于气态挥发性有机污染处理领域，具体涉及一种光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的装置及方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是造成空气污染的罪魁祸首，它有助于在二次污染中形成臭氧和可吸入颗粒物，它对人类的居住环境和健康会产生不可忽略的影响。目前，已经设计了各种物理，化学和生物技术来去除VOCs，包括吸附，膜分离，焚烧，催化氧化和生物降解等。但是，这些技术的广泛应用仍然受到很大限制。例如，吸附技术只是将有机污染物从一相转移到另一相，而不是将其基本去除。焚化技术仅适用于低成本的中高浓度挥发性有机化合物处理。

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作为催化剂来实现有机物的氧化降解和发电的电化学装置。近年来光催化(PC)由于其温和的操作条件和VOCs的彻底降解，已成为一种非常有前景的去除VOCs的方法。在MFC中，外生细菌通过外部电路将捕获的电子转移到阴极并产生电能。这些电子的最终用途取决于阴极中的电子受体。因此，MFC可以与其他系统集成在一起，例如光电催化，以通过充分利用来自阳极的电子来获得增强的效果将MFC与光催化技术耦合去除VOCs同时发电是绿色可持续的新方法。近年来,将光催化剂引入微生物燃料电池以提高MFC产电效率的研究越来越多，然而,目前很少有研究将复合光催化剂应用于微生物燃料电池中。另外，关于MFC去除VOCs的研究主要集中在液体系统上，以气体作为MFC的发电衬底的研究及装置很少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的装置。

本发明的第二个目的是提供一种光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种光催化微生物燃料电池高效去除挥发性有机污染物的装置，包括反应器本体21，在反应器本体顶壁的下表面设置有UV灯9，进气管10贯穿所述顶壁设置，在进气管上设置有第一阀门11；出气管12贯穿反应器本体上部侧壁设置，在出气管上设置有检测器连接管16和第二阀门13，检测器连接管与检测器15连接，检测器连接管上设置有第三阀门14；石墨阳极1贯穿反应器本体下部侧壁设置，进液管17和排液管19贯穿反应器本体下部侧壁设置，在进液管17上设置有第四阀门18，在排液管19上设置有第五阀门20，在反应器本体21的中部设置有滤纸层4，所述滤纸层与光催化空气阴极5连接，滤纸层4和光催化空气阴极5将反应器本体分成阴极室6和阳极室7，所述光催化空气阴极5用下述方法制成：

(1)制备纳米金刚石/BiOI/ZnO光催化剂：

按比例，取10mg～50mg纳米金刚石，20～100mgBiOI，20～100mgZnO加入在2mL-6mL去离子水中，然后加入终浓度1～10μg/L的单宁和终浓度5～50mg/L的聚苯胺，在室温下搅拌40min～80min，于120～180℃水热反应22h～26h，干燥后得到纳米金刚石/BiOI/ZnO光催化剂；

(2)PVDF延流液制备：

按比例，将1～5gPVDF与23g～50gN-甲基吡咯烷酮混合，搅拌3h-5h，加0.1～1g氧化石墨烯、0.01～0.05g儿茶素、0.1～0.6g碳纳米纤维，继续搅拌1～2小时，静置2～4小时进行脱气得到PVDF延流液；