CN212581574U - 一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统 - Google Patents
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Abstract
该实用新型提出了一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，主要由双室MFC反应器、电渗析器及外电路、电流转换器等组成。双室MFC反应器包括阳极反应室、阴极反应室、阳极膜、阴极膜、质子交换膜及膜夹、纳米导线构成；电渗析器包括阳电极、阴电极、变阻箱、阳离子交换膜、阴离子交换膜构成。装置以有机废水或有机生物质为发酵底物，被电活性微生物在MFC反应器中利用，MFC反应器中产生持续电流，电流通过放大电路放大后供电渗析系统，用于系统淡化海水/苦咸水。设计中通过MFC产电供电渗析系统，当有底物持续供给时，能产生持续电流，解决了PV发电供电渗析的间歇性劣势，能同时达到废弃物利用和淡化海水的双重优势。
Description
技术领域
本实用新型设计一种基于微生物燃料电池（MFC）供电的电渗析（ED）脱盐系统，属于电化学应用领域。
背景技术
在直流电场的作用下，离子透过选择性交换膜的现象称为电渗析（ED）。通过电渗析的将带点组分的盐类与非带电组分分离的技术，可以实现溶液的淡化、浓缩、精制或者纯化，利用电渗析脱盐的研究已经有多年的历史，常见的电渗析系统直接使用工业直流电进行驱动脱盐。
在可再生能源技术的蓬勃发展下，太阳能光伏发电系统（PV）与电渗析系统相结合的脱盐装置相继出现，但是太阳能光伏系统在夜晚或阴天条件下不能持续供电，需要辅助蓄电系统，将晴朗天气条件下的电能储存，增加了脱盐系统的成本。
生物质能转化为电能的方式主要有生物质能直接燃烧技术、生物质气化发电技术、生物质沼气发电技术及生物质燃料电池技术,微生物燃料电池（MFC）是一种细菌通过生物质产生电能的装置，即通过微生物降解或氧化有机物，产生电子通过一组呼吸酶在细胞内传递，以ATP形式为细胞提供能量。电子进而被释放给最终电子受体（TEA），TEA得到电子后，自身被还原,有机物在细菌的持续工作下持续供给，阴离子和阳离子的定向移动，能形成持续稳定的电流。MFC具有化学燃料电池效率高、无污染等优点，同时因为MFC采用了微生物取代化学燃料电池中昂贵的化学催化剂，降低了装置的成本,此外，MFC可以采用废水中的碳水化合物等进行发电，可以同时用于废水的净化。
地球上水资源丰富，但是可供人类利用的淡水资源匮乏，海水/苦咸水淡化是有效缓解淡水资源压力的有效方法之一,目前电渗析进行海水淡化的技术已经比较成熟，因此设计一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，用于海水/苦咸水脱盐。
发明内容
该实用新型采用MFC系统原理，以有机废水或有机生物质为原料，通过电活性微生物分解作用，使得阴阳离子定向移动产电，驱动电渗析系统工作，淡化海水/苦咸水。
一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统主要由双室MFC反应器、电渗析器及外电路、电流转换器等组成。双室MFC反应器包括阳极反应室（A）、阴极反应室（B）、阳极膜（2）、阴极膜（6）、质子交换膜（4）及膜夹（3）、纳米导线（8）构成；电渗析器包括阳电极（10）、阴电极（11）、变阻箱（12）、阳离子交换膜（15）、阴离子交换膜（16）构成,有机废水在阳极室中被微生物利用，产生电子、质子及CO2等代谢产物，电子从微生物细胞传至阳极材料表面，接着沿外电路传到阴极材料，同时质子由阳极室通过质子交换膜迁移到阴极室，在阴极电子受体O2与电子质子结合，在阴极材料表面发生还原反应，如此循环，形成电流,电流经电流转换器到达渗析器，供其实现海水/苦咸水脱盐。
所述的阳极室与阴极室由石英玻璃制成，阳极室留有底物进料口及气体出口，阴极室留有空气进口及溢流口,阴阳双室中间的质子交换膜由膜夹固定，质子交换膜阻止两室中的物质相互传递，同时较少底物从阳极室向阴极室传递及氧气从阴极室传递到阳极室，提高装置的库伦效率。
所述的渗析器是由阳离子交换膜（CM）及阴离子交换膜（AM）构成工作单元，一个膜对构成一个脱盐室和一个浓缩室，CM及AM由隔板固定，将来自MFC的阴阳电极的直流电接通到渗析器阴阳极，就构成一个可以自主工作的电渗析系统。
所述的电流交换器具有将直流电和交流电相互转换的功能，可以将MFC反应器中产生的电流信号进行处理供后续系统使用。
所述的电渗析器与变阻箱并联，实现扩大电路的作用，将MFC反应器的微弱电流信号根据渗析器需求扩大若干倍，能够满足电渗析的直流电需求。
所述的外电路由纳米导线连接，在电子传递过程中，可以摆脱菌体直接接触电极的限制，可以使得电子传递到离微生物更远处，进行较远端的电子传递。
该实用新型通过MFC反应器供电渗析脱盐系统，只要有机物原料持续供给，就能持续产生电流，解决PV供电渗析的间歇性不足。
附图说明
图1是一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统结构图。
图1中，A—阳极室 B—阴极室 1—阳极瓶 2—阳极材料（泡沫碳） 3—膜夹 4—质子交换膜 5—阴极瓶 6—阴极材料（石墨毡） 7—空气入口 8—纳米导线 9—电流转换器10—阳电极 11—阴电极 12—变阻箱 13—阳极室 14—阴极室 15—阳离子交换膜 16—阴离子交换膜 17—原水进 18—极水进 19—淡水出 20—极水出 21—浓缩水出口。
具体实施方式
本实用新型提出了微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，以下将通过结合附图，对该装置的具体实施方式做出详细说明。
如附图所示，一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统主要由双室MFC反应器、电渗析器及外电路、电流转换器等组成,双室MFC反应器包括阳极反应室（A）、阴极反应室（B）、阳极膜（2）、阴极膜（6）、质子交换膜（4）及膜夹（3）、纳米导线（8）构成；电渗析器包括阳电极（10）、阴电极（11）、变阻箱（12）、阳离子交换膜（15）、阴离子交换膜（16）构成,具体实施步骤如下。
1. MFC产电过程,如图所示，有机废水或生物质材料泵入到阳极瓶（1）当中充当底物，底物被附着在泡沫碳（2）上的电活性微生物所利用，产生电子（e-）、质子（H+等）及CO2等代谢产物，CO2被排除到阳极瓶外，电子（e-）从微生物细胞传至阳极材料（2）表面，接着沿纳米导线（8）传到阴极材料石墨毡（6），同时质子由阳极室（A）通过质子交换膜（4）迁移到阴极室（B），在阴极石墨毡上，电子受体O2与电子质子结合，在阴极材料表面（6）发生还原反应。通过不断的供给有机生物质或有机废水，MFC系统持续产生电流。
2.电流传输及扩大过程,通过电子（e-）在纳米导线（8）的定向移动过程中产生持续电流，装置配有电流转换器（9），可以将产生的电流转换正持续稳定的直流电，直接供电渗析器使用；因MFC产生的电流比较微弱，该装置中采用变阻箱（12）与渗析器并联，利用扩大电路的原理，将电流信号增强，足够渗析器使用。
3.电渗析脱盐过程,NaCl溶液从原水进口（17）通入脱盐室，在通电情况下，Na+向阴极（11）方向迁移，Cl-向阳极（10）方向迁移，Na+和Cl-分别透过阳离子交换膜CM（15）和阴离子交换膜AM（16）迁移到相应的分隔室当中，这样NaCl溶液的浓度便逐渐降低。相邻浓盐水隔室中的NaCl浓度便逐渐升高，电渗析器中便源源不断的流出淡水（19）和浓缩液（21），达到淡化海水/苦咸水的作用。
Claims (4)
1.一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，其特征在于，主要由双室MFC反应器、电渗析器及外电路、电流转换器等组成，双室MFC反应器包括阳极反应室（A）、阴极反应室（B）、阳极膜（2）、阴极膜（6）、质子交换膜（4）及膜夹（3）、纳米导线（8）构成；电渗析器包括阳电极（10）、阴电极（11）、变阻箱（12）、阳离子交换膜（15）、阴离子交换膜（16）构成，通过双室MFC反应器提供持续电流，供电渗析器持续工作脱盐，达到淡化海水/苦咸水的作用。
2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，其特征是，双室MFC反应器中电活性微生物利用有机生物质或有机废水为原料，使得阴阳离子在双室中定向移动，形成持续电流供电渗析系统。
3.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，其特征在于，MFC反应器所产生的电流小，装置中将渗析器与变阻箱并联，达到扩大电路的目的。
4.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池供电渗析的脱盐系统，其特征在于，通过阳离子交换膜和阴离子交换膜形成的脱盐隔室，在持续电流刺激作用下，阴阳离子分别向阳极和阴极定向移动，达到脱盐目的。
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Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| US11502322B1 (en) | 2022-05-09 | 2022-11-15 | Rahul S Nana | Reverse electrodialysis cell with heat pump |
| US11502323B1 (en) | 2022-05-09 | 2022-11-15 | Rahul S Nana | Reverse electrodialysis cell and methods of use thereof |
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| US11699803B1 (en) | 2022-05-09 | 2023-07-11 | Rahul S Nana | Reverse electrodialysis cell with heat pump |
| US12107308B2 (en) | 2022-05-09 | 2024-10-01 | Rahul S Nana | Reverse electrodialysis cell and methods of use thereof |
| US11855324B1 (en) | 2022-11-15 | 2023-12-26 | Rahul S. Nana | Reverse electrodialysis or pressure-retarded osmosis cell with heat pump |
| US12040517B2 (en) | 2022-11-15 | 2024-07-16 | Rahul S. Nana | Reverse electrodialysis or pressure-retarded osmosis cell and methods of use thereof |
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