[发明专利]利用有机固废厌氧发酵制甲烷的电化学反应器以及方法

权利要求书

1.利用有机固废厌氧发酵制甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)电极制备：采用金属丝为支撑体，制成刷状阴极；将导电碳质材料剪裁至特定尺寸并通过导电金属丝穿引，制成具有通孔的圆筒形阳极；

(2)催化电极制备：

①预处理：清洗刷状阴极以去除表面杂质；

②催化剂生长：将前驱体混合溶液转移至水热反应釜，并将预处理后的刷状阴极置入水热反应釜，在180～220℃条件下发生溶剂热反应，使刷状阴极表面生长出具有纳米结构析氢催化剂；

(3)电极组装：将生长有催化剂的刷状阴极与电机连接，再将生长有催化剂的刷状阴极插入圆筒形阳极的通孔内；

(4)建立反应体系：将活性污泥层放置在电化学反应器底部，将有机固废提取物加入反应器；将组装的电极放置在反应器内；

(5)启动电机，使生长有催化剂的刷状阴极旋转，以在反应过程中强化底物扩散；并在生长有催化剂的刷状阴极与圆筒形阳极之间施加一定电压，利用阳极将有机固废提取物转化为易降解的乙酸与氢离子；产生的电子通过外电路传输至阴极，同时氢离子在反应器腔室内扩散传递至阴极，并在阴极表面氢离子与电子结合生成氢气；产生的氢气又可被反应器中活性污泥层内的嗜氢产甲烷菌所代谢，与反应器中的二氧化碳反应并产生甲烷，从而实现厌氧发酵沼气增产提质制生物天然气。

2.根据权利要求1所述的利用有机固废厌氧发酵制甲烷的方法，其特征在于：所述生长有催化剂的刷状阴极有若干个，所有的生长有催化剂的刷状阴极的电极引出端连接在一起，所有的生长有催化剂的刷状阴极均由电机驱动旋转。

3.利用有机固废厌氧发酵制甲烷的电化学反应器，包括刷状阴极和具有通孔的圆筒形阳极，其特征在于：所述刷状阴极的表面生长有具有垂直纳米插片结构的析氢催化剂；所述反应器的底部放置活性污泥层，所述圆筒形阳极放置在反应器内，生长有催化剂的刷状阴极插入圆筒形阳极的通孔内；所述生长有催化剂的刷状阴极由电机驱动旋转，并在生长有催化剂的刷状阴极与圆筒形阳极之间施加有一定电压。

4.根据权利要求3所述的利用有机固废厌氧发酵制甲烷的电化学反应器，其特征在于：所述生长有催化剂的刷状阴极有若干个，所有的生长有催化剂的刷状阴极的电极引出端连接在一起，所有的生长有催化剂的刷状阴极均由电机驱动旋转。

5.根据权利要求3或4所述的利用有机固废厌氧发酵制甲烷的电化学反应器，其特征在于：所述反应器下部设置有进料口，顶部设置有出气口。