一種海底有機汙染物的微生物燃料電池催化加速降解方法
2023-04-24 20:36:06
專利名稱：一種海底有機汙染物的微生物燃料電池催化加速降解方法
技術領域：
本發明屬於海洋環境保護領域，涉及海底有機汙染物降解方法，更特別涉及應用海底微生物燃料電池系統加快海底有機汙染物降解速度並同時回收部分能源的方法。
背景技術：
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一種利用微生物作催化劑，將有機物中的化學能轉化成電能的裝置。MFC的基本工作原理是在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解並釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原，與質子結合成水。這類微生物燃料電池需要昂貴的質子交換膜和貴金屬催化劑，而且需要對微生物菌種進行培養，常用於城市生活汙水處理，無法應用於海洋環境保護，特別是海底有機汙染物的處理。海底微生物燃料電池是一種特殊而又具有實際應用價值的微生物燃料電池。它既是一種新型能源裝置，又是一種高效治理環境汙染的工具。它的工作原理是陽極放入海泥中，陰極放入海水中，海泥中微生物氧化有機物和無機物產生電子，電子傳遞到陽極，然後通過外電路到達陰極，從而形成完整迴路，產生電流。R Alberte et al 2005年專利(US patent 691384B1, 2005)公開了一種利用海底微生物燃料電池產生電能的裝置和方法。LM Tender and D Low (2009)公開了一種利用金屬錳陽極，構成的海底微生物燃料電池裝置。眾所周知，環境汙染和能源短缺是世界的兩大難題，也是限制未來人類可持續發展的兩個最重要因素。一方面，海底石油開發洩漏引起的石油汙染日益嚴重，近期發生的墨西哥灣採油平臺洩漏和渤海灣蓬萊19-3號油田漏油更是造成了嚴重的海洋汙染；另一方面，隨著人類活動及其排放物不斷進入海洋，海洋環境日益惡化，海泥中汙染物不斷增多， 造成水體富營養化不斷加劇。人類各種活動所產生的汙染物，無論是過去還是現在，都被排放至附近的水體中，最終匯入海洋。對於大部分有機汙染物物，無論點源還是非點源排放，都會通過水體懸浮顆粒物的吸附和沉降作用，最終被富集沉澱於底部沉積物，形成海底有機汙染物。已有研究表明沾汙沉積物既可引起底棲生物的直接死亡(急性毒性級別)， 也可經食物鏈傳遞和放大作用，對位於較高營養鏈的生物和人類產生慢性健康負效應。其中，食用受汙染的魚類、蝦類、貝類和藻類，使人類增加了患病的可能性。目前，傳統的汙泥處置方法以填埋為主，並有少量的堆肥和焚燒。傳統汙泥處理方法難度大，費用高，易造成二次汙染，無法普及推廣。人們也開發了許多微生物降解的處理方法，但由於海洋的開放環境和流動性，無法施加培養基和菌種以及菌種在實海環境下的低成活率及其昂貴的培養費用，常規的微生物降解方法已無法滿足海底有機汙染物的治理，尋求成本低，效果好的除汙方法已迫在眉睫。海底汙泥中常含有厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門的細菌及其它一些未定名的類群。已有報導表明，海底沉積物微生物燃料電池陽極表面的產電細菌種類除了希瓦氏菌、地桿菌等模式菌種外，還包括另外一些細菌如嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)、脫硫葉菌科(Desulfobulbaceae)、假單胞菌(I^seudomonas)等。這幾類產電菌多為兼性異養菌，需要分解腐殖質來產電。除了上述提到的產電細菌外，d-變形菌綱、 β -變形菌綱和擬桿菌門的菌種也能在電極上大量富集，成為電極上的優勢菌。這些海泥中自然存在的細菌多數可以分解海底汙染物中的有機物。根據上述分析，海底微生物燃料電池系統經過合理科學的設計，在海底沉積層中放置陽極，海水中放置陰極，通路狀態下，一方面；將微生物降解產生的電子導出產生電流， 從而加速海泥內有機汙染物被微生物快速降解；另一方面，海水中富含鹽分，離子電導率高，系統內阻小，有利於收集電能。發明的目的本發明利用海底微生物燃料電池，採用串聯式陽極，提高電流密度，電催化加速了微生物對海底有機汙染物的降解，建立了一種海底有機汙染物電催化加速降解方法。發明的內容為了解決現有海底有機汙染物處理的存在的問題，本發明利用海底微生物燃料電池，採用串聯式陽極和修飾陽極，提高電流密度，加快海底有機汙染物降解，既降低了海底有機汙染物處理成本，減少了環境汙染，又回收了部分能源。本發明通過以下技術方案實現。第一步電極的預處理工序。電極分別用砂紙反覆打磨後，由丙酮超聲處理10 30min，在0. 1 lmol/L鹽酸溶液中浸泡40 120min，用純淨水反覆浸泡直至溶液的pH值不再發生變化。將電極放入鼓風乾燥箱，40 150°C下乾燥，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得備用的海底微生物燃料電池陰極和陽極。第二步電極的修飾工序。為提高海底微生物燃料電池輸出電流和陽極表面電流密度，可通過氧化劑(H2S04/HN03混酸和ronton試劑)對陽極進行氧化處理，也可以用碳粉和複合材料包括樟腦磺酸摻雜聚苯胺複合材料、磺化聚苯胺複合材料、磺化聚苯胺錳酸鹽複合材料、磺化聚苯胺釩酸鹽複合材料、四氧化三鐵/聚苯胺複合材料中的一種與聚四氟乙烯攪拌混合，塗於電極表面，還可以將電極浸於鄰苯二酚紫溶液中經行修飾。最後洗淨， 將電極放入鼓風乾燥箱，40 150°C下乾燥，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得經修飾的海底微生物燃料電池陽極。第三步電池系統的組裝工序。串聯多塊陽極製得總陽極輸出端，將陽極輸出端埋入海底有機汙染物/海水接觸面之下的5 100cm位置，陰極置於海水/大氣接觸面之下大於Icm位置。第四步電池的啟動工序。採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可連接陽極和陰極的導線， 確定啟動電池系統。第五步海底有機汙染物加速降解工序。運行海底微生物燃料電池，陽極將產電菌分解有機物產生的電子及時轉移到陰極，與陰極處的質子和氧原子結合，生成水，加快微生物對有機汙染物的降解過程。第六步電能利用工序。
在海底微生物燃料電池系統迴路上串聯小型電子裝置(如鐘錶、計算器、收音機等)，實現電能的利用。第七步汙染物中有機碳的測定工序。用TOC分析儀測定運行海底微生物燃料電池系統前後沉積層中有機碳含量。先將樣品酸化，放置烘箱烘乾，採用TOC中HT1300方法測定，此時測得的濃度即為有機碳含量。發明的效果通過本技術，利用海底微生物燃料電池系統，加速了微生物降解海底有機汙染物， 是海底有機汙染物自然降解速率的2. 3倍以上，單個海底微生物燃料電池可以提供0. 1 1. IV的電壓。附圖及附圖的簡單說明
圖1海底微生物燃料電池系統加速海底有機汙染物降解裝置解說明1陽極；2陰極；3電壓表；4小型電子裝置(如鐘錶、計算器、收音機等)；5電流表；6導線圖2有機碳降解效果3石油汙染物降解效果圖
實施例實例1 本實施例用於說明石墨板陽極海底微生物燃料電池系統加速海底有機汙染物降解。取規格為8cm(長)X8cm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，用純淨水反覆衝洗，直至溶液的PH值不再變化，放入鼓風乾燥箱，70°C下乾燥他，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極和陽極。串聯4塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。該海底微生物燃料電池系統可提供0. 668V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 該海底微生物燃料電池運行50天後，海底有機汙染物中有機碳的含量下降了 26. 7%，是海底有機汙染物自然降解效率的2. 3倍。實例2 本實施例用於說明H2S04/HN03混酸改性石墨棒陽極的海底微生物燃料電池系統加速海底有機汙染物降解。H2S04/HN03混酸改性石墨棒陽極製備。取規格為5cm(長)X lcm(直徑)的石墨棒，分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理20min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡 90min，將準備好的石墨棒陽極放入體積比為3 1的49%的硫酸和32%的濃硝酸的混合溶液中浸泡20min，反應溫度為50 70°C。將處理後的電極從上述溶液中取出，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化。將電極放入鼓風乾燥箱，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得&S04/HN03混酸改性石墨棒陽極。
海底微生物燃料電池系統陰極製備。取規格為5cm(長)X6cm(寬)X Icm(厚) 的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理20min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，將陰極用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。最後，將電極放入鼓風乾燥箱，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池系統陰極。串聯3組HN03/H2S04混酸改性石墨棒陽極製得陽極總輸出端，將陽極總輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。該海底微生物燃料電池系統可提供0. 702V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 該海底微生物燃料電池系統運行50天後，海底有機汙染物中有機碳的含量下降了 58. 9%, 是海底有機汙染物自然降解效率的5倍。實例3 本實施例用於說明!^nton試劑改性碳纖維陽極的海底微生物燃料電池系統加速海底有機汙染物降解。Fenton試劑改性碳纖維陽極製備。取20g碳纖維，丙酮超聲處理30min，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。將碳纖維陽極放入燒杯中，加入200mLlmol/L FeSO4溶液，調整pH = 3，然後加入MOmL濃度為30% 的H2A溶液，室溫下超聲處理lOmin，用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。最後，將電極放入鼓風乾燥箱內，在80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得!^enton試劑改性碳纖維陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理30min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化。將電極放入鼓風乾燥箱，80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯4組碳纖維製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處， 碳纖維陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。該海底微生物燃料電池系統可提供0. 683V的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，海底有機汙染物中有機碳的含量下降了 35. 7%，是海底有機汙染物自然降解效率的3倍。實例4 本實施例用於說明碳氈材料作陽極的海底微生物燃料電池系統加速石油汙染物降解。碳氈材料作陽極製備。取規格為5cm(長)X5cm(寬)的碳氈，用丙酮超聲處理 IOmin,在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得碳氈材料作陽極。
海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為8cm (長)X 8cm (寬)X 1 cm (厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再變化，放入鼓風乾燥箱內，在80°C下乾燥10h， 用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯5塊石墨氈陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm 處，此海泥已與過量的原油攪拌混合，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV 以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 該海底微生物燃料電池系統運行M天后，通電裝置中石油汙染物下降了 33. 3% ；海底有機汙染物自然降解狀況下石油汙染物下降了僅3. 3%，是海底有機汙染物自然降解效率的10 倍。實例5 本實施例用於說明鄰苯二酚紫修飾碳布陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。鄰苯二酚紫修飾碳布陽極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)X0. 2cm(厚)的碳布，丙酮超聲處理15min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化。將碳布浸泡於10-4mol/L的鄰苯二酚紫磷酸鹽緩衝溶液(pH = 7)中，攪拌吸附48h，蒸餾水洗淨。最後，將所有電極放入鼓風乾燥箱內，在80°C下乾燥10h， 用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得鄰苯二酚紫修飾碳布陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為7cm (長)X 7cm (寬)X Icm (厚)的碳板， 用380、800和1000目砂紙打磨。丙酮超聲處理15min，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化。80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯6塊陽極，製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處， 陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中有機碳的含量下降了 30%以上，是海底有機汙染物自然降解效率的2. 3倍以上。實例6 本實施例用於說明樟腦磺酸摻雜聚苯胺複合陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。樟腦磺酸摻雜聚苯胺複合陽極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/ L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。用質量分數為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與樟腦磺酸/聚苯胺複合材料0. 25g攪拌成糊狀， 將其塗於電極表面，放入鼓風乾燥箱內，在80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得樟腦磺酸摻雜聚苯胺複合陽極。取規格為8cm(長)X8cm(寬)X Icm(厚)的石墨板。用380、800和1000目砂紙打磨後，由丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯7塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中汙染物下降了 40. 3%，是海底有機汙染物自然降解效率的3. 4倍。實例7 本實施例用於說明磺化聚苯胺複合陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。磺化聚苯胺複合陽極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)X Icm(厚)的石墨板， 用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min， 純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的PH值不再發生變化。用質量分數為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺陽極材料Ig攪拌成糊狀，塗於電極表面，將電極放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得磺化聚苯胺複合陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為5cm(長)X5cm(寬)的碳紙，用丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯8塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5em處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中汙染物下降了 38. 8%，是海底有機汙染物自然降解效率的3. 3倍。實例8 本實施例用於說明磺化聚苯胺錳酸鹽複合陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。磺化聚苯胺錳酸鹽複合陽極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。用質量分數為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺錳酸鹽0. 25g攪拌成糊狀，塗於電極表面，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得磺化聚苯胺錳酸鹽複合陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯4塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中有機碳含量下降了 31. 8%，是海底有機汙染物自然降解效率的2. 7倍。實例9 本實施例用於說明磺化聚苯胺釩酸鹽複合陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。磺化聚苯胺釩酸鹽複合陽極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，分別用380、800和1000目砂紙打磨，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。用質量分數為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 25g與磺化聚苯胺釩酸鹽0. 25g攪拌成糊狀，塗於電極表面，放入鼓風乾燥箱內，在80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得磺化聚苯胺釩酸鹽複合陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為8cm(長)XScm(寬)Xlcm(厚)的石墨板，用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化，放入鼓風乾燥箱內，在 80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯4塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電.位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中有機碳下降了 36. 5%，是海底有機汙染物自然降解效率的3.1倍。實例10 本實施例用於說明四氧化三鐵/聚苯胺複合陽極海底微生物燃料電池加速海底有機汙染物降解。四氧化三鐵/聚苯胺複合陽極製備。取規格為km(長)X7cm(寬)X Icm(厚) 的石墨板用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L鹽酸溶液中浸泡90min，純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化。用質量分數為的聚四氟乙烯溶液將碳粉0. 5g與四氧化三鐵/聚苯胺粉末0. 5g攪拌成糊狀，塗於石墨板表面，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得四氧化三鐵/聚苯胺複合陽極。海底微生物燃料電池陰極製備。取規格為5cm(長)X6cm(寬)Xlcm(厚)的石墨板。石墨板電極分別用380、800和1000目砂紙打磨後，丙酮超聲處理lOmin，在lmol/L 鹽酸溶液中浸泡90min，用純淨水反覆浸泡清洗，直至溶液的pH值不再發生變化，放入鼓風乾燥箱內，80°C下乾燥10h，用環氧樹脂密封電極和導線連接處，製得海底微生物燃料電池陰極。串聯4塊陽極製得陽極總輸出端，將陽極輸出端埋入海水/海泥界面下5cm處，陰極置於海水/海泥界面上5cm處，採用三電極體系測定電極電位，其中，置於海水中的參比電極為飽和甘汞電極，待陽極電位穩定在_350mV以下，陰極電位穩定在250mV以上時，即可確定啟動電池系統。經測定，海底微生物燃料電池系統可提供0. 7V左右的電壓。用TOC分析儀中HT1300方法測定系統運行前後沉積層中有機碳含量。結果表明， 海底微生物燃料電池系統運行50天後，通電裝置中染物下降了 64. 8% ；是海底有機汙染物自然降解效率的5. 5倍。以上對本發明的特定實施例進行了說明，但本發明的保護內容不僅僅限定於以上實施例，在本發明的所屬技術領域中，只要掌握通常知識，就可以在其技術要旨範圍內，進行多樣的變更。
權利要求
1.一種海底有機汙染物的微生物燃料電池催化加速降解方法，其特徵在於利用海底沉積物微生物燃料電池實現海底有機汙染物的電催化加速降解。
2.權利要求1所述的海底沉積物微生物燃料電池其特徵在於由多個陽極串聯形成總陽極輸出端。
3.權利要求2所述的陽極，其特徵在於由石墨板、石墨棒、碳纖維、碳氈、碳布中的任一種碳材料製成。
全文摘要
本發明提供了一種海底有機汙染物的微生物燃料電池催化加速降解方法，採用串聯式陽極和修飾陽極，提高電流密度，加速海底汙染物降解，提高降解效率2倍以上。本發明能夠有效地加速海底汙染物的降解，具有無質子交換膜、製備成本低、安裝方便、結構簡單、廢物除解效果明顯、綠色環保、易於商業化推廣的特點。本發明可用於海底有機汙染物的治理。
文檔編號C02F11/02GK102496733SQ20111044347
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者付玉彬, 劉媛媛, 盧志凱, 張業龍, 徐謙 申請人:中國海洋大學