CN107112565A - 微生物燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

微生物燃料电池系统(100)包括具有电解液(2)的供给口(61)以及排出口(62)的给排室(6)。另外，还具备一个或者二个以上的发电盒(10)，其具有微生物燃料电池(1)，而且设置于给排室的内部，其中，所述微生物燃料电池(1)具有：正极(4)，其包括与气相接触的第一憎水层(41)和重叠在第一憎水层上的气体扩散层(42)；以及负极(3)，其保持着厌氧性微生物。再者，还具备一个或者二个以上的净化盒(20)，其具有与气相接触的第二憎水层(11)，而且设置于给排室的内部。而且在给排室中，发电盒设置于电解液从供给口向排出口流动时的上游侧，净化盒设置于比发电盒更靠下游侧。

Description

微生物燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池系统。详细地说，本发明涉及一种使有机物的处理性能得以提高的微生物燃料电池系统。

背景技术

微生物燃料电池是通过微生物的催化作用(代谢反应、生物化学的转换)而将废水中含有的有机物的化学能转换为电能、并使该有机物发生氧化分解的装置。也就是说，微生物燃料电池通过微生物的作用而从有机物直接生产电能。因此，微生物燃料电池与利用从有机物向生物气的转换步骤的以前的能量回收系统相比，可以期待能量回收效率的提高。另外，微生物燃料电池不仅可以作为发电、而且也可以作为废水处理、有机性废弃物处理、有机性废弃物处理的附属设备等加以利用。

微生物燃料电池例如具有保持微生物的负极、和与氧化性物质接触的正极。而且作为这样的微生物燃料电池，近年来，使用气体扩散电极作为正极的微生物燃料电池引人注目(例如专利文献1)。该气体扩散电极由于为多孔质，因而例如大气等气相中的氧向正极供给。也就是说，在负极生成的氢离子以及电子可以在正极与气相中的氧反应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-102953号公报

发明内容

正如专利文献1那样，因为由气体扩散电极构成的正极为多孔质，所以在正极的电化学反应的效率非常高。然而，由于负极的电化学反应有微生物的参与，因而在负极上，有机物的处理速度较慢，从而有机物的氧化处理往往并不充分。因此，要求能够更有效地进行有机物处理的微生物燃料电池。

另外，气体扩散电极由于要求气体扩散性、憎水性以及导电性，因而使用高成本的材料。因此，从实业化的角度考虑，要求进一步的低成本化。

本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而完成的。而且本发明的目的在于：提供一种可以有效地进行有机物的氧化处理、进而能够削减成本的微生物燃料电池系统。

为了解决上述的课题，本发明的实施方式的微生物燃料电池系统包括具有电解液的供给口以及排出口的给排室(supply and discharge chamber)。另外，微生物燃料电池系统具备一个或者二个以上的发电盒(cassette)，该发电盒具有微生物燃料电池，而且设置于给排室的内部，其中，所述微生物燃料电池具有：正极，其包括与气相接触的第一憎水层和重叠在第一憎水层上的气体扩散层；以及负极，其保持着厌氧性微生物。再者，微生物燃料电池系统具备一个或者二个以上的净化盒，该净化盒具有与气相接触的第二憎水层，而且设置于给排室的内部。而且在给排室中，发电盒设置于电解液从供给口向排出口流动时的上游侧，净化盒设置于比发电盒更靠下游侧。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的微生物燃料电池的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式的微生物燃料电池系统的侧视图。

图3是表示本发明的实施方式的微生物燃料电池系统的俯视图。

具体实施方式

下面就本实施方式的微生物燃料电池系统进行详细的说明。此外，为便于说明，附图的尺寸比例有所夸大，往往与实际的比例不同。

本实施方式的微生物燃料电池系统100如图2所示，具备多个微生物燃料电池1。而且微生物燃料电池1具有负极3、正极4以及隔膜5。微生物燃料电池1被配置为：负极3与隔膜5的一个面5a接触，正极4与隔膜5的面5a的相反侧的面5b接触。而且正极4的气体扩散层42与隔膜5接触，并且如后所述，第一憎水层41在作为气相的空间7侧露出。

而且如图1所示，两个微生物燃料电池1被配置为第一憎水层41相互对置。也就是说，在两个微生物燃料电池1中，一个微生物燃料电池1的第一憎水层41和另一个微生物燃料电池1的第一憎水层41隔开间隔而对置。再者，为了隔开并保持两个微生物燃料电池1，在微生物燃料电池1的下部具有保持架8。由此，作为气相的空间7介于该两个第一憎水层41之间。微生物燃料电池系统100被构成为：该空间7向外界空气开放，或者例如通过泵而从外部向该空间7供给空气。

负极3为薄板状，其材质例如优选为碳以及铂之中的至少任一种。而且在负极3上保持着厌氧性微生物。具体地说，负极3具有第一面、和该第一面的相反侧的第二面，第一面隔着隔膜5而与正极4相对置，在第二面上保持着厌氧性微生物。而且通过使含有厌氧性微生物的生物膜重叠在负极3的第二面上并加以固定，在负极3上便保持着厌氧性微生物。此外，所谓生物膜，通常是指包含微生物群落、和微生物群落所生产的胞外聚合物(extracellular polymeric substance、EPS)的三维结构体。不过，厌氧性微生物也可以不通过生物膜而保持在负极3上。

保持在负极3上的厌氧性微生物例如优选为具有胞外电子转移机制的产电菌。具体地说，作为厌氧性微生物，例如可以列举出地杆菌(Geobacter)属细菌、希瓦氏菌(Shewanella)属细菌、气单胞菌(Aeromonas)属细菌、地发菌(Geothrix)属细菌、酵母菌(Saccharomyces)属细菌。

隔膜5只要能够使氢离子在负极3和正极4之间移动，其构成和材料就没有特别的限定。隔膜5例如可以使用阳离子交换膜以及阴离子交换膜等质子传导性膜。另外，隔膜5也可以使用无纺布、玻璃纤维膜以及滤纸等在膜的内部存在连续的空间、且氢离子可以从负极3向正极4移动的材料。

隔膜5例如优选为离子交换膜或者固体电解质膜。作为隔膜5的例子，可以列举出Nafion(Du Pont株式会社生产，注册商标)、Filemion(旭硝子株式会社生产，注册商标)等具有质子传导性的氟树脂系离子交换膜。

正极4与负极3同样为薄板状，由具有第一憎水层41、和以接触的方式重叠在第一憎水层41上的气体扩散层42的气体扩散电极构成。通过使用这样的气体扩散电极，便能够容易地供给气相中的氧。再者，与向正极供给例如溶解于水中的溶解氧的情况相比，具有如下的优点：在向正极4供给溶解氧的情况下，存在的问题是废水等被处理液中含有的有机性物质的氧化和发电的进程受到溶解氧的扩散速度的控制。与此相对照，气相中的氧的扩散速度比溶解氧的扩散速度大很多，因而可以高效地进行有机性物质的氧化和发电。因此，可以提高燃料电池的输出功率。

第一憎水层41为同时具有憎水性和气体透过性的层。第一憎水层41被构成为：一边将微生物燃料电池1的电化学体系中的气相和液相良好地分离，一边允许气体从气相向液相的移动。也就是说，第一憎水层41被构成为：使空间7中的气相中的氧透过而向气体扩散层42移动。这样的第一憎水层41优选为多孔质。在此情况下，第一憎水层41可以具有较高的气体透过性。

气体扩散层42例如优选具有多孔质的导电性材料、和担载于该导电性材料上的催化剂。此外，气体扩散层42也可以由多孔质且具有导电性的催化剂构成。

如上所述，在本实施方式中，正极4的第一憎水层41设置于空间7侧。而且第一憎水层41的与气体扩散层42相反一侧的面在给排室6外部的气相中露出。由此，气相中的氧可以通过第一憎水层41而向气体扩散层42供给。另外，正极4的气体扩散层42以隔着隔膜5而与负极3相对置的方式与隔膜5接触。

此外，在正极4和隔膜5之间也可以空出间隔，而且在负极3和隔膜5之间也可以空出间隔。

在微生物燃料电池1中，如后所述，通过供给电解液2，而且例如将负极3和正极4与外部电路连接，微生物燃料电池1便处于闭路状态。然后，在负极3上，通过厌氧性微生物的代谢而使电解液2中的有机物分解，从而产生电子、质子以及二氧化碳。这里产生的电子从负极3流向外部电路，进而质子通过隔膜5而到达正极4。另一方面，在正极4上，由气相供给的氧与质子和电子反应而被还原，从而生成水。通过这样的电化学反应，在正极4和负极3之间产生电动势，同时电解液2中的有机物发生分解。因此，在可以进行发电的同时，还可以进行电解液2中的有机物的分解处理。

如上所述，微生物燃料电池系统100具备发电盒10，该发电盒10由以第一憎水层41相互对置的方式配置的两个微生物燃料电池1构成。再者，如图2所示，微生物燃料电池系统100包括具有电解液2的供给口61和排出口62的给排室6，多个发电盒10设置于充满电解液2的给排室6的内部。此外，此时，发电盒10的空间7并未充满电解液2，由于向外界空气开放，因而发电盒10被构成为可以向第一憎水层41供给空气。

再者，微生物燃料电池系统100包括具有与气相接触的第二憎水层11的净化盒20。净化盒20虽然不像发电盒10那样具有微生物燃料电池1，但具有对电解液2中含有的有机物进行分解处理的功能。也就是说，净化盒20同时具有憎水性和气体透过性，进而具备与气相接触的第二憎水层11，在透过第二憎水层11的氧的作用下，对电解液2中的有机物进行分解处理。

净化盒20如图2所示，两片第二憎水层11隔开间隔而对置，进而为了隔开并保持该两片第二憎水层11，在其下部具有保持架8，从而在内部形成作为气相的空间7。另外，与发电盒10同样，净化盒20的空间7并未充满电解液2，由于向外界空气开放，因而被构成为可以向第二憎水层11供给空气。不过，净化盒20只要与气相接触而对电解液2中的有机物进行分解处理，就不局限于这样的方式。净化盒20也可以是上部开口的袋状，例如将两片第二憎水层11的周围接合在一起，从而在内部具有空间7。

微生物燃料电池系统100如图2所示，被配置为在给排室6的内部，多个发电盒10以及净化盒20沿着垂直于铅直方向Y的层叠方向X而进行层叠。而且在给排室6中，发电盒10设置于电解液2从供给口61向排出口62流动时的上游侧，净化盒20设置于比发电盒10更靠下游侧。

而且在微生物燃料电池系统100中，电解液2由给排室6的供给口61供给，与发电盒10以及净化盒20接触而从排出口62排出。因此，在供给口61附近，电解液2的有机物的浓度较高，生化需氧量(BOD)的值较大。但是，由于发电盒10以及净化盒20的效果，在排出口62附近，电解液2的有机物的浓度较低，生化需氧量(BOD)的值较小。

在此，如上所述，在微生物燃料电池1中，由于负极3的电化学反应有微生物的参与，因而在负极3上，有机物的处理速度具有较慢的倾向。因此，在微生物燃料电池系统100中，在将给排室6的内部全部设置为发电盒10的情况下，有机物的分解处理不会充分地进行，从而在由微生物燃料电池系统100排出的电解液中有可能残存有机物。另外，在将给排室6的内部全部设置为发电盒10的情况下，必须大量使用由昂贵的气体扩散电极构成的正极4，从而也有可能使成本增大。再者，在由发电盒10产生的有机物的分解作用下，与给排室6的内部的上游侧相比，下游侧的电解液2中的有机物的含量降低。因此，即使在下游侧设置发电盒10的情况下，发电效率也不会提高，从而往往不能有效地使用该发电盒10的材料。

因此，在本实施方式中，在有机物的含量较多的给排室6的上游侧配置发电盒10，在有机物的含量较少的给排室6的下游侧设置净化盒20。由此，上游侧的发电盒10有效地分解大量的有机物，下游的净化盒20分解在发电盒10中没有分解完的有机物。再者，不使用气体扩散电极的净化盒20比发电盒10廉价。因此，一方面可以有效地进行电解液2中的有机物的分解，另一方面可以抑制昂贵的气体扩散电极的使用量，从而能够实现低成本化。

如上所述，净化盒20具有与气相接触的第二憎水层11。不过，从更加促进电解液2中的有机物的分解的角度考虑，优选在净化盒20的第二憎水层11上重叠用于保持需氧性微生物的保持体12。再者，保持体12优选层叠于第二憎水层11的电解液2侧的表面上。通过使用用于保持需氧性微生物的保持体12，即使在电解液2中的有机物的浓度于下游侧减少的情况下，也能够有效地分解残存的有机物。另外，保持体12由于设置在具有氧透过性的第二憎水层11的表面，因而可以通过第二憎水层11而向需氧性微生物充分供给用于其繁殖的氧。

作为需氧性微生物，是具有以氧为基础的代谢机制的微生物，只要能分解电解液2中的有机物，就没有特别的限定。作为需氧性微生物，例如可以列举出作为埃希氏菌(Escherichia)属细菌的大肠杆菌、作为假单胞菌(Pseudomonas)属细菌的绿脓杆菌、作为芽胞杆菌(Bacillus)属细菌的枯草杆菌。另外，作为用于保持需氧性微生物的保持体12，例如可以使用无纺布状或者海绵状的结构体。保持体12例如可以由选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚氨酯以及聚乙烯醇之中的一种以上的材料进行制作。

在本实施方式中，微生物燃料电池系统100优选具有多个发电盒10。而且在给排室6中，设置于最下游侧的发电盒10的电流密度为多个发电盒10中，所产生的电流密度最高的发电盒10的最大电流密度的20％以上。也就是说，在微生物燃料电池系统100中，将处在电流密度低于20％的位置的发电盒10置换成净化盒20。电流密度低于20％的发电盒的发电效率较低，该发电盒10的材料处于不能有效使用的状态。因此，通过将这样的电流密度较低的发电盒10置换成净化盒20，一方面可以避免整个微生物燃料电池系统100的发电性能的降低，另一方面可以提高有机物的净化效率。此外，所谓“发电盒的电流密度”，是相对于各发电盒的正极面积的该发电盒的电流值([发电盒的电流值]/[发电盒的正极面积])。另外，正极4的面积是从负极3、正极4以及隔膜5的层叠方向投影时的正极4的投影面积。

在此，就微生物燃料电池系统100的实际的发电性能的例子进行说明。首先，作为正极，使用PTFE(聚四氟乙烯)层(第一憎水层)以及担载着催化剂的碳纸(气体扩散层)，作为负极，使用保持着厌氧性微生物的碳毡，从而制作出微生物燃料电池1。另外，在该微生物燃料电池1中，使用聚烯烃系无纺布作为隔膜。再者，使用该微生物燃料电池1制作多组图1所示的发电盒10。而且与图2同样，通过在给排室6的内部设置10组发电盒10，从而制作出微生物燃料电池系统100。此外，微生物燃料电池系统100制作了微生物燃料电池系统A和微生物燃料电池系统B这2组。

而且向微生物燃料电池系统A和微生物燃料电池系统B供给电解液2，通过测定各发电盒10的电流值，求出各发电盒10的电流密度。此外，关于微生物燃料电池系统A，改变测定时机A1～A3分3次对发电盒的电流密度进行了测定。同样，关于微生物燃料电池系统B，改变测定时机B1～B3分3次对发电盒的电流密度进行了测定。在表1中，No.1为最上游的发电盒10，从No.2至No.9按顺序层叠，No.10为最下游的发电盒10。而且在将最上游的发电盒No.1的电流密度设定为100的情况下，发电盒No.2～No.10的电流密度的相对值如表1所示。

表1

由表1可知：在微生物燃料电池系统A中，在测定时机A1，发电盒No.5以及No.6是电流密度最高的发电盒10。而且发电盒No.9以及No.10是低于发电盒No.5以及No.6所产生的最大电流密度的20％的发电盒10。在测定时机A2，发电盒No.3是电流密度最高的发电盒10，发电盒No.9以及No.10是低于发电盒No.3所产生的最大电流密度的20％的发电盒10。在测定时机A3，发电盒No.4是电流密度最高的发电盒10，发电盒No.9以及No.10是低于发电盒No.4所产生的最大电流密度的20％的发电盒10。

另外，由表1可知：在微生物燃料电池系统B中，在测定时机B1，发电盒No.3以及No.4是电流密度最高的发电盒10。而且发电盒No.8～No.10是低于发电盒No.3以及No.4所产生的最大电流密度的20％的发电盒10。在测定时机B2以及B3，发电盒No.4是电流密度最高的发电盒10。而且发电盒No.8～No.10是低于发电盒No.4所产生的最大电流密度的20％的发电盒10。

因此，在微生物燃料电池系统A中，优选将低于最大电流密度的20％的发电盒No.9以及No.10置换成净化盒20。同样，在微生物燃料电池系统B中，优选将发电盒No.8～No.10置换成净化盒20。

在本实施方式中，发电盒10以及净化盒20正如图3的箭头A所示的那样，电解液2在给排室6的内部优选配置为以波状流动。具体地说，多个发电盒10以及净化盒20以沿着层叠方向X的方式进行配置。此时，多个发电盒10和净化盒20以发电盒10的侧面10a和净化盒20的侧面20a与给排室6的左壁6a和右壁6b交互接触的方式进行配置。在微生物燃料电池系统100中，通过使电解液2以波状流动，可以提高电解液2与负极3的接触率、以及电解液2与第二憎水层11以及保持体12的接触率，其结果是，可以更加提高发电效率以及净化效率。

在此，就本实施方式中的正极4的第一憎水层41以及气体扩散层42进一步进行详细的说明。

第一憎水层41优选为具有憎水性的多孔质体。在此情况下，第一憎水层41可以具有较高的气体透过性。这样的第一憎水层41例如优选由选自聚四氟乙烯(PTFE)、二甲基聚硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)以及聚丙烯(PP)之中的一种以上的材料进行制作。

气体扩散层42可以设计为如下的构成：具有多孔质的导电性材料、和担载于该导电性材料上的催化剂。气体扩散层42中的导电性材料例如可以由选自碳系物质、导电性聚合物、半导体以及金属之中的一种以上的材料构成。在此，所谓碳系物质，是指以碳为构成成分的物质。作为碳系物质的例子，例如可以列举出石墨；活性炭：碳黑、Vulcan(注册商标)XC-72R、乙炔黑、炉法碳黑、Denka等碳粉末；石墨毡、碳绒、碳织布等碳纤维；碳板；碳纸；以及碳盘。另外，作为碳系物质的例子，也可以列举出碳纳米管、碳纳米角(carbonnanohorn)、碳纳米簇之类的微细结构物质。

所谓导电性聚合物，是具有导电性的高分子化合物的总称。作为导电性聚合物，例如可以列举出以苯胺、氨基苯酚、二氨基苯酚、吡咯、噻吩、对苯、芴、呋喃、乙炔或者它们的衍生物为构成单元的单一单体或者2种以上单体的聚合物。具体地说，作为导电性聚合物，例如可以列举出聚苯胺、聚氨基苯酚、聚二氨基苯酚、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯、聚芴、聚呋喃、聚乙炔等。作为金属制导电性材料，例如可以列举出不锈钢网。在考虑得到的容易程度、成本、耐蚀性、耐久性等的情况下，导电性材料优选为碳系物质。

另外，导电性材料的形状优选为粉末形状或者纤维形状。另外，导电性材料也可以支持在支持体上。所谓支持体，是指其本身具有刚性，且能够赋予气体扩散电极以一定的形状的构件。支持体既可以是绝缘体，也可以是导电体。在支持体为绝缘体的情况下，作为支持体，例如可以列举出玻璃；塑料；合成橡胶；陶瓷；耐水或者憎水处理过的纸；木片等植物片；骨片、贝壳等动物片等。作为多孔质结构的支持体，例如可以列举出多孔质陶瓷、多孔质塑料、海绵等。在支持体为导电体的情况下，作为支持体，例如可以列举出碳纸、碳纤维、碳棒等碳系物质；金属；导电性聚合物等。在支持体为导电体的情况下，担载着碳系材料的导电性材料配置在支持体的表面上，从而支持体也可以作为集电体发挥作用。

在此，气体扩散层42中的催化剂优选为掺杂了金属原子的碳系材料。作为金属原子，并没有特别的限定，但优选为选自钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂以及金之中的至少一种金属原子。在此情况下，碳系材料特别是作为用于促进氧还原反应以及氧生成反应的催化剂发挥优良的性能。碳系材料所含有的金属原子的量可以进行适当的设定，以便使碳系材料具有优良的催化性能。

碳系材料进一步优选为掺杂有选自氮、硼、硫以及磷之中的一种以上非金属原子。在碳系材料中掺杂的非金属原子的量也可以进行适当的设定，以便使碳系材料具有优良的催化性能。

碳系材料例如可以通过以石墨以及无定形碳等碳源原料为基、并在该碳源原料中掺杂金属原子、和选自氮、硼、硫以及磷之中的一种以上非金属原子而得到。

可以适当选择在碳系材料中掺杂的金属原子和非金属原子的组合。特别地，优选非金属原子含有氮，金属原子含有铁。在此情况下，碳系材料可以具有特别优良的催化活性。此外，非金属原子也可以仅为氮。另外，金属原子也可以仅为铁。

也可以是非金属原子含有氮，金属原子含有钴和锰之中的至少一种。在此情况下，碳系材料也可以具有特别优良的催化活性。此外，非金属原子也可以仅为氮。另外，金属原子也可以仅为钴，仅为锰，或者仅为钴和锰。

碳系材料的形状并没有特别的限制。例如，碳系材料既可以具有粒子状形状，也可以具有片材状形状。具有片材状形状的碳系材料的尺寸并没有特别的限制，例如该碳系材料也可以是微小的尺寸。具有片材状形状的碳系材料也可以是多孔质。具有片材状形状且多孔质的碳系材料例如优选具有织布状、无纺布状等形状。这样的碳系材料即使没有导电性材料，也可以构成气体扩散层42。

构成为气体扩散层42中的催化剂的碳系材料可以采用如下的方法进行调配。首先，准备含有例如包含选自氮、硼、硫以及磷之中的至少一种非金属的非金属化合物、和金属化合物、和碳源原料的混合物。然后，在800℃～1000℃的温度下，对该混合物加热45秒以上且低于600秒。由此，可以得到构成为催化剂的碳系材料。

在此，作为碳源原料，如上所述，例如可以使用石墨或者无定形碳。再者，作为金属化合物，只要是含有能够与被掺杂于碳源原料中的非金属原子形成配位键的金属原子的化合物，就没有特别的限制。金属化合物例如可以使用选自金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、溴化物、碘化物、氟化物等无机金属盐；醋酸盐等有机金属盐；无机金属盐的水合物；以及有机金属盐的水合物之中的至少一种。例如在铁掺杂于石墨中的情况下，金属化合物优选含有氯化铁(Ⅲ)。另外，在钴掺杂于石墨中的情况下，金属化合物优选含有氯化钴。另外，在锰掺杂于碳源原料中的情况下，金属化合物优选含有醋酸锰。关于金属化合物的使用量，例如金属化合物中的金属原子相对于碳源原料的比例优选决定在5～30质量％的范围内，该比例更优选决定在5～20质量％的范围内。

非金属化合物如上所述，优选为选自氮、硼、硫以及磷之中的至少一种非金属的化合物。作为非金属化合物，例如可以使用选自五乙撑六胺、乙二胺、四乙撑五胺、三乙撑四胺、乙二胺、辛基硼酸、1,2-双(二乙基膦乙烷)、亚磷酸三苯酯、二苄基二硫醚(benzyldisulfide)之中的至少一种化合物。非金属化合物的使用量可以根据非金属原子在碳源原料中的掺杂量而适当设定。关于非金属化合物的使用量，金属化合物中的金属原子和非金属化合物中的非金属原子的摩尔比优选决定在1﹕1～1﹕2的范围内，更优选决定在1﹕1.5～1﹕1.8的范围内。

在调配构成为催化剂的碳系材料时，含有非金属化合物、金属化合物和碳源原料的混合物例如采用如下的方法来得到。首先，将碳源原料、金属化合物和非金属化合物混合，进而根据需要添加乙醇等溶剂而对总量进行调整。进而采用超声波分散法使它们分散。接着，在适当的温度(例如60℃)下将其加热，然后使混合物干燥而将溶剂除去。由此，便得到含有非金属化合物、金属化合物和碳源原料的混合物。

接着，对得到的混合物例如在还原性气氛下或者不活泼气体气氛下进行加热。由此，在碳源原料中掺杂有非金属原子，进而通过使非金属原子和金属原子形成配位键，也掺杂有金属原子。加热温度优选在800℃～1000℃的范围内，加热时间优选在45秒以上且低于600秒的范围内。由于加热时间为短时间，因而可以高效地制造碳系材料，而且碳系材料的催化活性进一步提高。此外，在加热处理中，加热开始时的混合物的升温速度优选为50℃/s以上。这样的快速加热使碳系材料的催化活性得到进一步提高。

另外，也可以对碳系材料进一步进行酸清洗。例如也可以采用均化器，使碳系材料在纯水中分散30分钟，然后将该碳系材料盛入2M硫酸中，在80℃下搅拌3小时。在此情况下，可以抑制金属成分从碳系材料中的溶出。

根据这样的制造方法，可以得到不活泼金属化合物以及金属结晶的含量明显地低、而且导电性较高的碳系材料。

这样一来，本实施方式的微生物燃料电池系统100包括具有电解液2的供给口61以及排出口62的给排室6。另外，微生物燃料电池系统100具备一个或者二个以上的发电盒10，该发电盒10具有微生物燃料电池1，而且设置于给排室6的内部。此外，微生物燃料电池1具有：具备与气相接触的第一憎水层41和重叠在第一憎水层41上的气体扩散层42的正极4、以及保持着厌氧性微生物的负极3。再者，微生物燃料电池系统100具备一个或者二个以上的净化盒20，该净化盒20具有与气相接触的第二憎水层11，而且设置于给排室6的内部。而且在给排室6中，发电盒10设置于电解液2从供给口61向排出口62流动时的上游侧，净化盒20设置于比发电盒10更靠下游侧。这样一来，通过没有在发电性能降低的下游设置发电盒，便可以避免整个微生物燃料电池系统的发电性能的降低。另外，由于可以降低发电盒的电极材料的使用量，因而可以削减整体的成本。

此外，在图1～图3的发电盒10中，两个微生物燃料电池1被配置为第一憎水层41相互对置。但是，本实施方式的发电盒10并不局限于该方式。例如，也可以是发电盒10由一个微生物燃料电池1构成、且在第一憎水层41侧形成有能够供给空气的空间7的方式。

以上就本实施方式进行了说明，但本实施方式并不局限于这些，在本实施方式的要旨的范围内可以进行各种变形。另外，本实施方式的微生物燃料电池系统能够广泛适用于含有有机物或含氮化合物的液体、例如由各种产业的工厂等产生的排水、下水汚泥等有机性废水等的处理。另外，也可以在水域的环境改善等方面加以利用。

这里引用日本特愿2015-005992号(申请日：2015年1月15日)的全部内容。

产业上的可利用性

本发明的微生物燃料电池系统的构成是：在电解液的上游侧设置发电盒，在下游侧设置净化盒。这样一来，通过在发电性能降低的下游不设置发电盒、取而代之设置净化盒，一方面可以避免整个微生物燃料电池系统的发电性能的降低，从而可以有效地进行有机物的氧化处理。另外，由于可以降低发电盒的电极材料的使用量，因而可以削减整个微生物燃料电池系统的成本。

符号说明：

1 微生物燃料电池

2 电解液

3 负极

4 正极

6 给排室

10 发电盒

11 第二憎水层

12 保持体

20 净化盒

41 第一憎水层

42 气体扩散层

61 供给口

62 排出口

100 微生物燃料电池系统

Claims (5)

1.一种微生物燃料电池系统，其具备：

给排室，其具有电解液的供给口以及排出口；

一个或者二个以上的发电盒，其具有微生物燃料电池，而且设置于所述给排室的内部，其中，所述微生物燃料电池具有：正极，其包括与气相接触的第一憎水层和重叠在所述第一憎水层上的气体扩散层；和负极，其保持着厌氧性微生物；以及

一个或者二个以上的净化盒，其具有与所述气相接触的第二憎水层，而且设置于所述给排室的内部；其中，

在所述给排室中，所述发电盒设置于所述电解液从所述供给口向所述排出口流动时的上游侧，所述净化盒设置于比所述发电盒更靠下游侧。

2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池系统，其中，在所述净化盒的所述第二憎水层上，重叠着用于保持需氧性微生物的保持体。

3.根据权利要求1或2所述的微生物燃料电池系统，其中，所述气体扩散层具有多孔质的导电性材料、和担载于所述导电性材料上的催化剂。

4.根据权利要求3所述的微生物燃料电池系统，其中，所述催化剂为掺杂了金属原子的碳系材料。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的微生物燃料电池系统，其中，

具有多个所述发电盒；

在所述给排室中，设置于最下游侧的所述发电盒的电流密度为多个所述发电盒中，所产生的电流密度最高的发电盒的最大电流密度的20％以上。