EA023974B1 - Электроды для использования в бактериальных топливных элементах и в бактериальных электролизных элементах - Google Patents

Электроды для использования в бактериальных топливных элементах и в бактериальных электролизных элементах Download PDF

Info

Publication number
EA023974B1
EA023974B1 EA201170621A EA201170621A EA023974B1 EA 023974 B1 EA023974 B1 EA 023974B1 EA 201170621 A EA201170621 A EA 201170621A EA 201170621 A EA201170621 A EA 201170621A EA 023974 B1 EA023974 B1 EA 023974B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cathodes
electrical conductor
bacterial
electrically conductive
liquid
Prior art date
Application number
EA201170621A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201170621A1 (ru
Inventor
Ронен Ицхак Шехтер
Эйтан Барух Леви
Лиор Эшед
Original Assignee
Эмефси Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эмефси Лимитед filed Critical Эмефси Лимитед
Publication of EA201170621A1 publication Critical patent/EA201170621A1/ru
Publication of EA023974B1 publication Critical patent/EA023974B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/12—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a coating with specific electrical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/103—Textile-type packing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/095—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one of the compounds being organic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9008—Organic or organo-metallic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161—Porous electrodes
    • C02F2001/46166—Gas diffusion electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4611—Fluid flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4619—Supplying gas to the electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к бактериальному топливному элементу, содержащему множество анодов и множество катодов в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, каждый из множества анодов и множества катодов содержит металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения через нагрузку в электрическую цепь, и электропроводящее покрытие, по меньшей мере, между металлическим электрическим проводником и жидкостью, подлежащей очищению, электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга.

Description

Настоящее изобретение относится к биоэлектрическим химическим устройствам в целом, а более конкретно, к бактериальным топливным элементам и к бактериальным электролизным элементам.
Уровень техники
Следующие публикации, как предполагается, представляют современное состояние данной области:
МютоЫа1 Рие1 Се11к: МеШобо1оду апб ТесЬпо1оду, Вгисе Е. Ьодап е1 а1., Епуиоп. §сь ТесЬпо1., 40 (17), 5181-5192, 2006.
МютоЫа1 Рие1 Се118 - СЬа11епде8 апб Аррйсайопк, Вгисе Е. Ьодап & 1оНп М. Кедап, Епупоп §сь Теск, уо1. 40, 17.
5>1еГапо Ртедша, Когпее1 КаЬаеу, 2Ыдио Уиап, 1итд Ке11ег, №п-са1а1у/еб сабюбю охудеп тебисбоп а1 дтарЬЛе дтапи1е8 ш шюгоЫа1 Гие1 се1к, Е1ес1госЫтюа Ас1а, 53 (2007), 598-603.
Нопд Ьш е1 а1., Риапбйсабоп оГ 1Не ш1егпа1 гемПапсе бШпЬибоп ш тютоЫа1 Гие1 се118, Епу1топтеп1а1 8с1епсе апб ТесЬпо1оду.
Опубликованная заявка на патент США № 20070259217.
В заявке на патент США № 20070259217 описаны устройства для получения электричества и/или газообразного водорода, в частности бактериальные электролизные элементы для получения электричества и модифицированные бактериальные топливные элементы для получения водорода. Используемый в ячейке трубчатый катод содержит мембрану, имеющею в целом трубчатую форму, а аноды имеют удельную поверхность более 100 м2/м3. Кроме того, аноды, по существу, нетоксичны к анодофильным бактериям. Комбинации указанных анодов и катодов используются в бактериальных электролизных элементах и модифицированных бактериальных топливных элементах.
Данная известная из уровня техники система не позволяет ее использовать для крупномасштабных воплощений, так как проводимость коррозионностойкого металла, используемого в коллекторе тока для электродов, является недостаточно высокой.
Задачей заявленного изобретения является создание коррозионностойкого электрода с высокой проводимостью, подходящего для применений в крупномасштабных бактериальных топливных элементах и в крупномасштабных бактериальных электролизных элементах. Задачей изобретения является также создание крупномасштабных бактериальных топливных элементов и крупномасштабных бактериальных электролизных элементов.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает улучшенные биоэлектрические химические устройства, а более конкретно, улучшенные бактериальные топливные элементы и бактериальные электролизные элементы.
Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен бактериальный топливный элемент, содержащий множество анодов и множество катодов в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, каждый из множества анодов и множества катодов содержит металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения через нагрузку в электрическую цепь, и электропроводящее покрытие, по меньшей мере, между металлическим электрическим проводником и жидкостью, подлежащей очищению, электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга.
Также в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрен бактериальный топливный элемент, содержащий множество анодов и множество катодов в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, причем множество анодов и множество катодов содержат металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения через нагрузку в электрическую цепь, и электропроводящее покрытие, по меньшей мере, между металлическим электрическим проводником и жидкостью, подлежащей очищению, электропроводяще покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга, по меньшей мере два катода расположены рядом друг с другом и отделены друг от друга зазором, заполненным кислородсодержащим газом.
- 1 023974
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения бактериальный топливный элемент также содержит по меньшей мере одну поверхность, адаптированную для роста биологической пленки на ее поверхности, которая находится в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, и находится в электрическом сообщении с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие. Предпочтительно по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована тканью, находящейся поверх поверхности электропроводящего покрытия.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения металлический электрический проводник представляет собой металлический электрический проводник с покрытием и электропроводящее покрытие содержит электропроводящее покрытие, сформированное на металлическом электрическом проводнике. Дополнительно или альтернативно, электропроводящее покрытие включает электропроводящий лист.
Предпочтительно электропроводящее покрытие по меньшей мере одного из множества катодов включает проницаемый для воды электропроводящий лист.
Предпочтительно металлический электрический проводник с покрытием по меньшей мере одного из множества катодов является проницаемым для воды.
Предпочтительно по меньшей мере один из множества катодов содержит слой крепления. Более предпочтительно слой крепления сформирован из пластиковой ткани. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения во множестве анодов и катодов сформированы отверстия и бактериальный топливный элемент содержит проходы, образованные между соседними катодами, и объемы, образованные между соседними катодами и анодами, обеспечивающие сообщение жидкости, подлежащей очищению, с множеством анодов и множеством катодов, отверстия обеспечивают сообщении жидкости, подлежащей очищению, между проходами и объемами.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения множество анодов и катоды сформированы как профилированные элементы. Предпочтительно множество анодов и катодов герметично соединены друг с другом.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен бактериальный электролизный элемент, содержащий множество анодов и катодов в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, находящейся в резервуаре, содержащем вход для приема воды, подлежащей очищению, выход для выхода очищенной воды и выход для газообразного водорода, множество анодов и катодов соединены посредством электрическую цепь с источником электрической энергии, по меньшей мере один из анодов и катодов содержит металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения в электрическую цепь, и электропроводяще покрытие, по меньшей мере, между металлическим электрическим проводником и жидкостью в элементе, электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения бактериальный электролизный элемент дополнительно содержит по меньшей мере одну поверхность, адаптированную для роста биологической пленки на ее поверхности, которая находится в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, и находится в электрическом сообщении с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения каждый из множества катодов дополнительно содержит проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой рядом с электропроводящим покрытием, причем проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой подвергается воздействию кислородсодержащего газа.
Предпочтительно проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой включает электропроводящий лист. Альтернативно, проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой сформирован из силиконового каучука.
Предпочтительно металлический электрический проводник по меньшей мере одного из множества анодов выполнен в виде фольги.
Предпочтительно металлический электрический проводник выполнен в виде проволочной сетки. Альтернативно, металлический электрический проводник выполнен в виде перфорированного планарного элемента. Альтернативно, металлический электрический проводник выполнен в виде, в целом, параллельного ряда проволок.
Кроме того, в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен электрод для использования по меньшей мере в одном элементе из бактериального топливного элемента и электролизного элемента, электрод содержит металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения в электрическую цепь, и электропроводяще покрытие, по меньшей мере, между металлическим электрическим проводником и жидкостью в элементе, электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга.
- 2 023974
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения электрод содержит по меньшей мере одну поверхность, адаптированную для роста биологической пленки на ее поверхности, которая находится в гидравлическом сообщении с жидкостью, подлежащей очищению, и находится в электрическом сообщении с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие.
Предпочтительно электропроводящее покрытие адаптируется для роста биологической пленки на его поверхности.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована цилиндрическими поверхностями множества удлиненных элементов, сформированных из проводящего пластика, и проходит, в целом, радиально наружу от металлического электрического проводника с покрытием. Предпочтительно металлический электрический проводник с покрытием скручен для удерживания множества из множества удлиненных элементов в виде пучков вдоль своей продольной протяженности. Предпочтительно удлиненные элементы представляют собой неметаллические электрические проводники, имеющие электропроводность меньшую, чем у металлического электрического проводника с покрытием. Предпочтительно удлиненные элементы сформированы из проводящего пластика. Альтернативно, удлиненные элементы сформированы из графитовых волокон.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована множеством пластинчатых элементов, окруженных свободно навитым спиральным элементом, сформированным из проводящего пластика, и проходит, в целом, радиально наружу от металлического электрического проводника с покрытием.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована цилиндрическим элементом, сформированным из проводящего пластика вокруг металлического электрического проводника с покрытием.
Предпочтительно металлический электрический проводник с покрытием выполнен в виде проволоки. Альтернативно, металлический электрический проводник с покрытием выполнен в виде кабеля. Альтернативно, металлический электрический проводник с покрытием выполнен в виде стержня.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована тканью, находящейся на поверхности электропроводящего покрытия.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения электропроводящее покрытие включает электропроводящий лист.
Предпочтительно металлический электрический проводник выполнен в виде фольги. Альтернативно, металлический электрический проводник выполнен в виде проволочной сетки.
Альтернативно, металлический электрический проводник выполнен в виде перфорированного планарного элемента. Альтернативно, металлический электрический проводник выполнен в виде, в целом, параллельного ряда проволок.
Предпочтительно металлический электрический проводник сформирован из меди или алюминия. Предпочтительно электропроводящее покрытие сформировано из проводящего пластика.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет понято и оценено более полно из следующего далее подробного описания, взятого в сочетании с чертежами, на которых:
фиг. 1 представляет собой упрощенную иллюстрацию бактериального топливного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2Α-2Ό представляют собой упрощенные иллюстрации четырех альтернативных вариантов осуществления электродов, сконструированных и работающих в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, пригодных для использования в бактериальном топливном элементе и в бактериальном электролизном элементе;
фиг. 3А-3С представляют собой упрощенные иллюстрации трех альтернативных вариантов осуществления катодов, сконструированных и работающих в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, пригодных для использования в бактериальном топливном элементе;
фиг. 4А-4С представляют собой упрощенные иллюстрации трех альтернативных вариантов осуществления катодов, сконструированных и работающих в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, пригодных для использования в бактериальном топливном элементе;
фиг. 5А и 5В представляют собой соответствующие упрощенные иллюстрации вида сбоку и вида сверху бактериального топливного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
- 3 023974 фиг. 6 представляет собой упрощенную иллюстрацию общего вида электрода, сконструированного и работающего в соответствии с одним из предпочтительных вариантом осуществления настоящего изобретения, пригодного для использования в бактериальном топливном элементе и в бактериальном электролизном элементе;
фиг. 7 представляет собой упрощенную иллюстрацию общего вида электрода, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, пригодного для использования в бактериальном топливном элементе;
фиг. 8 представляет собой упрощенную иллюстрацию катода, сконструированного и работающего в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, пригодного для использования в бактериальном топливном элементе;
фиг. 9А и 9В представляют собой соответствующие упрощенные иллюстрации вида сбоку и вида сверху бактериального электролизного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Теперь упоминается фиг. 1, которая представляет собой упрощенную иллюстрацию бактериального топливного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, и содержит множество анодов 100, каждый из которых обозначается буквой А, и множество катодов 102, каждый из которых обозначается буквой С, в гидравлическом сообщении с жидкостью 104, подлежащей очищению, такой как промышленные сточные воды. В варианте осуществления на фиг. 1 вода, подлежащая очищению, подается на вход 105, который сообщается через отверстия, сформированные в анодах 100 и катодах 102, и проходы 106, образованные между соседними катодами, с рядом объемов 107, образованных между соседними анодами 100 и катодами 102, которые герметично соединяются друг с другом, например, с помощью эластомерных уплотнений (не показаны) и с выходом 108.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения аноды и катоды могут формироваться как профилированные элементы, сходные по форме с теми, которые используются в обычных пластинчатых теплообменниках. Примеры таких структур показаны в патентах США 4014385; 3792730; 3731737; 3661203; 2787446 и 2550339, содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылок.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения множество анодов 100 и множество катодов 102, каждый, содержат металлический электрический проводник, окруженный электропроводящим покрытием.
Конструкция каждого анода 100 иллюстрируется на увеличенном виде 109. Видно, что металлический проводник, предпочтительно медный или алюминиевый, обозначенный в настоящем документе с помощью ссылочного номера 110, окружен электропроводящим покрытием.
В иллюстративном варианте осуществления электропроводящее покрытие реализуется посредством ламинирования пары непроницаемых для жидкости листов 112 проводящего пластика с тем, чтобы разместить внутри них металлический проводник 110. Предпочтительно листы 112 формируются из пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, который компаундируется с проводящим порошком, таким как уголь или графит, с получением листа проводящего пластика.
Рост биологической пленки предпочтительно поддерживается на наружной поверхности листов 112. Необязательно, предусматривается подложка 116 для роста биологической пленки по меньшей мере на одной наружной поверхности листов 112. Подложка 116 для роста биологической пленки может представлять собой ткань, предпочтительно формируемую из полиэстра или другого соответствующего материала.
Типичные значения толщины различных элементов анода 100 являются следующими: проводник 110: 20 200 мкм; лист 112: 50-400 мкм;
подложка 116 для роста биологической пленки: 10-50 мкм.
Четыре альтернативных варианта осуществления анода 100 иллюстрируются на фиг. 2Α-2Ό.
На фиг. 2А проводник 110 выполнен в виде фольги и обозначается с помощью ссылочного номера
120.
На фиг. 2В проводник 110 выполнен в виде проволочной сетки и обозначается с помощью ссылочного номера 122.
На фиг. 2С проводник 110 выполнен в виде перфорированного планарного элемента и обозначается с помощью ссылочного номера 124.
На фиг. 2Ό проводник 110 выполнен в виде, в целом, параллельного ряда проволок и обозначается с помощью ссылочного номера 126.
Один из вариантов осуществления конструкции каждого катода 102 иллюстрируется на увеличенном виде 128. Видно, что перфорированный металлический проводник 130, предпочтительно медный или алюминиевый, окружен электропроводящим покрытием.
- 4 023974
В иллюстративном варианте осуществления электропроводящее покрытие предпочтительно реализуется посредством нанесения на металлический проводник 130 покрытия из непроницаемого для жидкости электропроводящего пластика и окружения металлического проводника с покрытием на его стороне, обращенной к жидкости, с помощью перфорированного листа 132, сформированного из электропроводящего пластика. Предпочтительно электропроводящий пластик формируется посредством компаундирования пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, с проводящим порошком, таким как уголь или графит.
Рост биологической пленки предпочтительно поддерживается на наружных поверхностях проводника 130 с покрытием и листа 132. Необязательно, подложка 136 для роста биологической пленки предусматривается по меньшей мере на одной наружной поверхности листа 132. Подложка 136 для роста биологической пленки может представлять собой ткань, предпочтительно сформированную из полиэстра или другого соответствующего материала.
На противоположной, обращенной к воздуху стороне перфорированного проводящего металлического проводника 130 с покрытием имеется предпочтительно предусматриваемый необязательный слой крепления 138, как правило, содержащий тканый или нетканый материал, сформированный из пластика, такого как полиэстр. Снаружи слоя 138 крепления предпочтительно имеется предусматриваемый непроницаемый для жидкости, проницаемый для кислорода слой 140, предпочтительно сформированный из силиконового каучука. Слой 138 крепления облегчает крепление проницаемого для кислорода слоя 140 на проводнике 130 с покрытием. Необязательно, снаружи проницаемого для кислорода 140 слоя предусмотрен слой 142 для механической опоры, предпочтительно сетка из относительно жесткого пластика.
Типичные значения толщины различных элементов катода 102, показанного на увеличенном виде 128, являются следующими:
100-600 микрон перфорированный проводник 130 с покрытием перфорированный лист 132 подложка 136 для роста биологической пленки слой 138 крепления проницаемый для кислорода непроницаемый для жидкости слой 140 слой 142 для механической опоры
50-400 микрон 10-50 микрон 10-50 микрон
50-500 микрон 100-2000 микрон
Три альтернативных варианта осуществления для вариантов осуществления катода, показанных на увеличенном виде 128, иллюстрируются на фиг. 3А-3С.
На фиг. 3А перфорированный проводник 130 выполнен в виде проволочной сетки, содержащей проволоки 144, все они покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 146, как видно на увеличенном виде 148.
На фиг. 3В перфорированный проводник 130 содержит перфорированный планарный металлический элемент 150, все поверхности которого покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 152, как видно на увеличенном виде 154.
На фиг. 3С перфорированный проводник 130 выполнен в виде, в целом, параллельного ряда проволок 156, все они покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 158, как видно на увеличенном виде 160.
Другой вариант осуществления конструкции каждого катода 102 иллюстрируется на увеличенном виде 168. Видно, что перфорированный металлический проводник 170, предпочтительно медь или алюминий, окружен электропроводящим покрытием.
В иллюстративном варианте осуществления электропроводящее покрытие предпочтительно реализуется посредством нанесения на металлический проводник 170 покрытия из непроницаемого для жидкости электропроводящего пластика и окружения металлического проводника с покрытием на его стороне, обращенной к жидкости, проницаемым для кислорода, непроницаемым для жидкости листом 172, сформированным из электропроводящего пластика.
Предпочтительно электропроводящий пластик формируется посредством компаундирования пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, с проводящим порошком, таким как уголь или графит.
Рост биологической пленки предпочтительно поддерживается на наружной поверхности проводящего листа 172. Необязательно, подложка 176 для роста биологической пленки предусматривается по меньшей мере на одной наружной поверхности листа 172. Подложка 176 для роста биологической пленки может представлять собой ткань, предпочтительно сформированную из полиэстра или другого соответствующего материала.
На противоположной, обращенной к воздуху стороне перфорированного металлического проводника 170 с проводящим покрытием необязательно предусмотрен слой 178 для механической опоры, предпочтительно, сетка из относительно жесткого пластика.
- 5 023974
Типичные значения толщины различных элементов катода 102, показанных на увеличенном виде 168, являются следующими:
перфорированный проводник 170с покрытием проницаемый для кислорода лист 172
100-600 микрон 50-400 микрон подложка 176 для роста биологической пленки 10-50 микрон слой 178 для механической опоры
100-2000 микрон
Три альтернативных варианта осуществления для вариантов осуществления катода, показанных на увеличенном виде 168, иллюстрируются на фиг. 4А-4С.
На фиг. 4А перфорированный проводник 170 выполнен в виде проволочной сетки, содержащей проволоки 180, все они покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 182, как видно на увеличенном виде 184.
На фиг. 4В перфорированный проводник 170 содержит перфорированный планарный металлический элемент 186, у которого все поверхности покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 188, как видно на увеличенном виде 190.
На фиг. 4С перфорированный проводник 170 выполнен в виде, в целом, параллельного ряда проволок 192, все они покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 194, как видно на увеличенном виде 196.
Как видно на фиг. 1, все аноды 100 и все катоды 102 электрически соединены в электрическую цепь через нагрузку 197. В бактериальном топливном элементе на фиг. 1 органический материал в жидкости 104, показанный как СОЭ. окисляется электрогенными бактериями, такими как СеоЬас1ег и 5>Нс\уапс11а. которые, как правило, обитают в биопленке 198, которая предпочтительно находится на подложке 116 (увеличенный вид 109) для роста биологической пленки, которая предусматривается на анодах 100.
Это окисление дает СО2, протоны и электроны. Протоны диффундируют через жидкость 104 в направлении катодов 102, а электроны подаются с помощью бактерий к анодам 100 и перемещаются от анодов через электрическую цепь к катодам 102.
В катодах 102 атмосферный кислород О2 проникает через проницаемые для кислорода слои, такие как слой 140 (увеличенный вид 128) или 172 (увеличенный вид 168), к проводящему слою пластика на катоде, такому как слой 132 (увеличенный вид 128) или 172 (увеличенный вид 168). На стороне проводящего слоя пластика, обращенного к воде, кислород О2 взаимодействует с протонами и электронами с получением воды Н2О. Эта реакция, как правило, требует катализа, который предпочтительно обеспечивается с помощью биологической пленки 199, которая предпочтительно находится на подложке 136 (увеличенный вид 128) для роста биологической пленки или 176 (увеличенный вид 168) предпочтительно предусмотренной на катодах 102.
Таким образом, работа бактериального топливного элемента на фиг. 1 может обеспечить, как понятно, как электрическую энергию, так и очистку жидкостей, содержащих органический материал.
Теперь будут упоминаться фиг. 5А и 5В, которые представляют собой упрощенные иллюстрации вида сбоку и вида сверху бактериального топливного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения и содержащего множество анодов 300, размещенных среди множества катодов 302 в гидравлическом сообщении с жидкостью 304, подлежащей очищению, такой как промышленные сточные воды. Аноды 300 и катоды 302 располагаются в резервуаре 306, имеющем вход 308 для приема воды, подлежащей очищению, и выход 309 для выхода очищенной воды. Циркуляция воды 304 в резервуаре 306 предпочтительно обеспечивается с помощью соответствующей мешалки или насоса (не показаны). Атмосферный кислород О2 низкого давления предпочтительно продувается через внутреннее пространство катодов 302 с помощью вентилятора (не показан).
Упоминается также фиг. 6, которая иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления анода 300, пригодного для использования в бактериальном топливном элементе на фиг. 5А и 5В. Как видно на фиг. 6, центральный удлиненный металлический проводник 310, предпочтительно проволока, кабель или стержень, сформированный из меди или алюминия, запрессован внутри и проходит наружу из проходящих радиально множества пластинчатых элементов 312, так что элемент 312 обеспечивает непроницаемое для жидкости электропроводящее покрытие для проводника 310. Необязательно, дополнительные удлиненные проводники 314 могут запрессовываться внутри и проходить наружу из радиально наружных краев одного или нескольких пластинок 316 элемента 312 так, что элемент 312 обеспечивает непроницаемое для жидкости электропроводящее покрытие для проводников 314. Элемент 312 предпочтительно формируется из непроницаемого для жидкости проводящего пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, который компаундируется с проводящим порошком, таким как уголь или графит.
Расположенная по окружности часть 318 электрода предпочтительно располагается вокруг радиально наружных краев пластинок 316 и предпочтительно формируется как свободно навитой спиральный элемент из проводящего пластика, который делает возможным относительно свободное сообщение жидкости с поверхностями элемента 312. Предпочтительно элемент 312 и расположенная по окружности часть 318 электрода формируются как единый элемент с помощью экструзии. Необязательно, некоторые
- 6 023974 или все поверхности элемента 312 и части 318 электрода покрываются проводящим порошком или проводящими волокнами (не показано), сформированными из угля или графита.
Предпочтительно все поверхности элемента 312 и части 318 электрода служат для поддержки роста биологической пленки и для получения возможности для генерирования электричества и очистки жидкости 304.
Теперь будет упоминаться фиг. 7, которая иллюстрирует электродную сборку, которая является пригодной для использования, среди прочего, в качестве анода 300 в бактериальном топливном элементе на фиг. 5А и 5В. Как видно на фиг. 7, электродная сборка предпочтительно содержит структуру, похожую на ершик, где множество удлиненных проводящих элементов 350 удерживаются и проходят, в целом, радиально наружу с помощью скрученного металлического электрического проводника 352, который покрыт непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 354, предпочтительно электропроводящим пластиком. Предпочтительно электропроводящий пластик формируется посредством компаундирования пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, с проводящим порошком, таким как уголь или графит.
Элементы 350 предпочтительно формируются из проводящего пластика или, альтернативно, могут представлять собой графитовые волокна. Скрученный проводник 352 предпочтительно формируется из металла, такого как медь или алюминий. Предпочтительно все поверхности проводника 352 с покрытием и элементов 350 служат для поддержки роста биологической пленки и для получения возможности для генерирования электричества и очистки жидкости 304, когда проводник 352 соединяется с электрической нагрузкой, как иллюстрируется.
Предпочтительно радиально наружные концы элементов 350 могут покрываться электроизолирующим материалом (не показан), таким как материал силиконового каучука, чтобы предотвратить случайное короткое замыкание между соседними электродами.
Теперь будет упоминаться фиг. 8, которая иллюстрирует предпочтительный катод 302, пригодный для использования в бактериальном топливном элементе на фиг. 5А и 5В. Катод 302 предпочтительно содержит цилиндр 360, сформированный из перфорированного или пористого электропроводящего пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и РЕТ, который компаундируется с проводящим порошком, таким как уголь или графит. Необязательно, некоторая часть поверхности цилиндра 360 или вся она покрывается проводящим порошком или проводящими волокнами (не показано), сформированными из угля или графита. Поверхность цилиндра 360 предпочтительно служит для поддержки роста биологической пленки и для получения возможности для генерирования электричества и очистки жидкости 304.
Наружная поверхность катода 302 является проницаемой для жидкости 304, а внутренняя поверхность катода 302 герметизируется от контакта с жидкостью 304 с помощью непроницаемого для жидкости, проницаемого для кислорода покрытия 362, сформированного вдоль внутренней поверхности цилиндра 360. Покрытие 362 предпочтительно формируется из силиконового каучука. Один или несколько удлиненных металлических проводников 364, предпочтительно проволока, кабель или стержень, сформированный из меди или алюминия, предпочтительно заделаны в цилиндр 360 и выходят из него наружу, так что цилиндр 360 обеспечивает непроницаемое для жидкости электропроводящее покрытие для проводников 364.
Как видно на фиг. 5А и 5В, все аноды 300 и все катоды 302 электрически соединены в электрическую цепь через нагрузку 320. В бактериальном топливном элементе на фиг. 5А и 5В органический материал в жидкости 304, обозначенный как СОЭ. окисляется электрогенными бактериями, такими как ОеоЬае1ег и 5>11с\уапс11а, которые, как правило, обитают в биологической пленке 370, которая поддерживается на анодах 300.
Это окисление дает СО2, протоны и электроны. Протоны диффундируют через жидкость 304 в направлении катодов 302, а электроны передаются с помощью бактерий к анодам 300 и перемещаются от анодов 300 через электрическую цепь к катодам 302.
В катодах 302 атмосферный кислород О2 проникает через слой, проницаемый для кислорода, такой как слой 362 (фиг. 8), в слой проводящего пластика на катоде, такой как слой 360. На стороне слоя 360 проводящего пластика, обращенной к воде, кислород О2 взаимодействует с протонами и электронами с получением воды Н2О. Эта реакция, как правило, требует катализа, который предпочтительно обеспечивается с помощью биологической пленки 372, предпочтительно находящейся на катоде 302.
Работа бактериального топливного элемента на фиг. 5А и 5В может, таким образом, рассматриваться как направленная на обеспечение как получения электрической энергии, так и очистки жидкостей, содержащих органический материал.
Понятно, что множество бактериальных топливных элементов типов, показанных и описанных выше со ссылками на фиг. 1-8, могут соединяться между собой как гидравлически, так и электрически, последовательно и/или параллельно. Параллельное взаимное соединение увеличивает объем воды, который очищается, и обеспечивает увеличение выходного тока, в то время как последовательное соединение увеличивает степень очистки и обеспечивает увеличение выходного напряжения. Различные сочетания параллельного и последовательного соединения могут использоваться с преимуществами для обеспечения оптимальной обработки воды и оптимального производства электрической энергии.
- 7 023974
Теперь будут упоминаться фиг. 9А и 9В, которые представляют собой соответствующие упрощенные иллюстрации видов сбоку и вида сверху бактериального электролизного элемента, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Бактериальный электролизный элемент на фиг. 9А и 9В содержит множество анодов 400, размещенных среди множества катодов 402 в гидравлическом сообщении с жидкостью 404, подлежащей очищению, такой как промышленные сточные воды. Аноды 400 и катоды 402 располагаются в резервуаре 406, имеющем вход 408 для приема воды, подлежащей очищению, и выход 409 для выхода очищенной воды. Циркуляция воды 404 в резервуаре 406 предпочтительно обеспечивается с помощью соответствующей мешалки или насоса (не показаны).
Понятно, что аноды 400 и катоды 402 могут быть структурно идентичными, как показано. В таком случае аноды 400 и катоды 402 отличаются друг от друга только в связи с их электрическим соединением. Соответственно, аноды 400 и катоды 402 могут, каждый, принадлежать к типу, показанному на фиг. 2Α-2Ό, или к типу, показанному на фиг. 6, или к типу, показанному на фиг. 7, или иметь любую другую пригодную для использования конструкцию. Предпочтительно аноды 400 принадлежат к типу, показанному на фиг. 6, а катоды принадлежат к типу, показанному на фиг. 7, или наоборот.
Как видно на фиг. 9А и 9В, все аноды 400 и все катоды 402 электрически соединены в электрическую цепь через источник 420 электрической энергии. В бактериальном электролизном элементе на фиг. 9А и 9В органический материал в жидкости 404, обозначенный как СОИ, окисляется электрогенными бактериями, такими как СсоЬаеЮг и 5>Нс\уапс11а. которые, как правило, обитают в биологической пленке 430, которая поддерживается на анодах 400.
Это окисление дает СО2, протоны и электроны. Протоны диффундируют через жидкость 404 в направлении катодов 402, а электроны передаются с помощью бактерий на аноды 400 и перемещаются от анодов через электрическую цепь к катодам 402.
В катодах 402 протоны восстанавливаются до газообразного водорода Н2 с помощью электронов, приводимых в движение источником 420 электрической энергии через электрическую цепь. Газообразный водород и СО2 аккумулируются в свободном пространстве над жидкостью, определяемом крышкой 440, находящейся вверху резервуара 406, и извлекаются на выходе 442, и отделяются соответствующим образом.
Работа бактериального электролизного элемента на фиг. 9Α и 9В может, таким образом, пониматься как обеспечение получения газообразного водорода при более низких уровнях потребления электричества, чем в обычных способах, а также как очистка жидкостей, содержащих органический материал.
Специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается тем, что конкретно показано и описано выше. Но вместо этого, объем настоящего изобретения включает как сочетания, так и подсочетания различных признаков, описанных выше, а также их модификаций и вариантов, которые могли бы осуществить специалисты в данной области при прочтении приведенного выше описания и которые отличаются от уровня техники.

Claims (22)

1. Электрод для использования по меньшей мере в одном из бактериального топливного элемента и электролизного элемента, содержащий металлический электрический проводник, выполненный с возможностью электрического соединения через нагрузку в электрическую цепь, указанный металлический электрический проводник выполнен из меди, или медного сплава, или алюминия, или алюминиевого сплава и покрыт электропроводящим покрытием;
указанное электропроводящее покрытие окружает металлический электрический проводник и предназначено для герметизации электрического проводника от жидкости, при этом металлический электрический проводник имеет форму проволочной сетки, или перфорированного планарного элемента, или, в целом, параллельного ряда проволок.
2. Электрод по п.1, содержащий по меньшей мере одну поверхность, адаптированную для роста биологической пленки на этой поверхности, которая сообщается с жидкостью в указанном элементе и электрически соединена с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие.
3. Электрод по п.2, в котором указанная по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована цилиндрическими поверхностями множества удлиненных элементов и проходит в целом радиально наружу от металлического электрического проводника;
металлический электрический проводник с электропроводящим покрытием скручен для удерживания множества элементов из указанного множества удлиненных элементов в виде пучков вдоль своей продольной протяженности;
множество удлиненных элементов выполнено в виде волокон из графита или проводящего пласти- 8 023974 ка.
4. Электрод по п.3, в котором указанная по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована тканью, находящейся на поверхности электропроводящего покрытия.
5. Электрод по любому из пп.1-4, в котором электропроводящее покрытие сформировано из проводящего пластика.
6. Бактериальный топливный элемент, содержащий множество анодов и множество катодов, предназначенных для сообщения с жидкостью, подлежащей очищению, каждый из указанного множества анодов содержит электрод по любому из пп.1-5 и по меньшей мере одну поверхность, предназначенную для роста биологической пленки на указанной поверхности, и каждый из множества катодов содержит электропроводящее покрытие на стороне, обращенной к проницаемому для кислорода, непроницаемому для жидкости слою, причем указанный проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой предназначен для воздействия кислородсодержащего газа.
7. Бактериальный топливный элемент по п.6, в котором указанная по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки на этой поверхности, сообщается с жидкостью, подлежащей очищению, и электрически соединена с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие.
8. Бактериальный топливный элемент по п.7, в котором по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована тканью, находящейся на поверхности электропроводящего покрытия.
9. Бактериальный топливный элемент по п.6, в котором указанный проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой включает электропроводящий лист.
10. Бактериальный топливный элемент по п.6, в котором указанный проницаемый для кислорода, непроницаемый для жидкости слой сформирован из силиконового каучука.
11. Бактериальный топливный элемент по любому из пп.6-10, в котором указанный металлический электрический проводник имеет форму проволочной сетки, перфорированного плоского элемента или в основном параллельного ряда проволок.
12. Бактериальный топливный элемент по любому из пп.6-11, в котором по меньшей мере один из указанного множества катодов содержит слой крепления.
13. Бактериальный топливный элемент по п.12, в котором указанный слой крепления сформирован из ткани из синтетического волокна.
14. Бактериальный топливный элемент по любому из пп.6-13, в котором проходы образованы между соседними катодами из указанного множества катодов;
объемы (т.е. пространства), образованные между соседними элементами из множества катодов и множества анодов, обеспечивают сообщение жидкости, подлежащей очищению, с множеством анодов и множеством катодов;
отверстия выполнены в множестве анодов и множестве катодов, указанные отверстия обеспечивают сообщение жидкости, подлежащей очищению, между указанными проходами и указанными объемами;
указанное множество анодов и катодов герметично соединены друг с другом.
15. Бактериальный топливный элемент по п.7, в котором металлический электрический проводник скручен для удерживания множества удлиненных элементов в виде пучков вдоль своей продольной протяженности;
указанные удлиненные элементы представляют собой неметаллические электрические проводники, имеющие электропроводность, меньшую, чем электропроводность металлического электрического проводника с покрытием.
16. Бактериальный топливный элемент по любому из пп.6-15, в котором электропроводящее покрытие сформировано из проводящего пластика.
17. Бактериальный топливный элемент по любому из пп.6-15, в котором по меньшей мере два из указанных катодов расположены рядом друг с другом и отделены друг от друга зазором, заполненным кислородсодержащим газом.
18. Бактериальный электролизный элемент, содержащий множество анодов и катодов, предназначенных для сообщения с жидкостью, подлежащей очищению, находящейся в резервуаре, содержащем вход для приема воды, подлежащей очищению; выход для выхода очищенной воды и выход для водорода, указанное множество анодов и катодов соединены в электрическую цепь с источником электрической энергии, по меньшей мере один из указанных анодов и катодов содержит электрод по любому из пп.1-5.
19. Бактериальный электролизный элемент по п.18, в котором по меньшей мере одна поверхность адаптирована для роста биологической пленки на этой поверхности, которая сообщается с жидкостью, подлежащей очищению, и электрически соединена с металлическим электрическим проводником через электропроводящее покрытие.
- 9 023974
20. Бактериальный электролизный элемент по п.19, в котором указанная по меньшей мере одна поверхность, адаптированная для роста биологической пленки, образована цилиндрическими поверхностями множества удлиненных элементов, сформированных из проводящего пластика, и проходит в целом радиально наружу от металлического электрического проводника с покрытием;
металлический электрический проводник с покрытием скручен для удерживания множества элементов из указанного множества удлиненных элементов в виде пучков вдоль своей продольной протяженности;
множество удлиненных элементов сформированы из графитовых волокон.
21. Бактериальный электролизный элемент по любому из пп.18-20, в котором металлический электрический проводник имеет форму проволоки, кабеля или стержня.
22. Бактериальный электролизный элемент по любому из пп.18-21, в котором электропроводящее покрытие сформировано из проводящего пластика.
Фиг. 1
- 10 023974
Фиг. 2Ό
- 11 023974
- 12 023974
Фиг. 7
- 13 023974
EA201170621A 2008-10-30 2009-11-01 Электроды для использования в бактериальных топливных элементах и в бактериальных электролизных элементах EA023974B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US19802708P 2008-10-30 2008-10-30
US18272709P 2009-05-31 2009-05-31
PCT/IL2009/001017 WO2010049936A1 (en) 2008-10-30 2009-11-01 Electrodes for use in bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells and bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells employing such electrodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201170621A1 EA201170621A1 (ru) 2012-01-30
EA023974B1 true EA023974B1 (ru) 2016-08-31

Family

ID=42128336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201170621A EA023974B1 (ru) 2008-10-30 2009-11-01 Электроды для использования в бактериальных топливных элементах и в бактериальных электролизных элементах

Country Status (15)

Country Link
US (2) US8932770B2 (ru)
EP (1) EP2351130B1 (ru)
JP (1) JP5774485B2 (ru)
KR (1) KR101662051B1 (ru)
CN (1) CN105609787A (ru)
AU (1) AU2009309280B2 (ru)
BR (1) BRPI0920161A2 (ru)
CA (1) CA2741560C (ru)
DK (1) DK2351130T3 (ru)
EA (1) EA023974B1 (ru)
ES (1) ES2656364T3 (ru)
MX (1) MX2011004321A (ru)
NO (1) NO2351130T3 (ru)
NZ (1) NZ592492A (ru)
WO (1) WO2010049936A1 (ru)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9499423B2 (en) * 2008-06-30 2016-11-22 D. Jack Adams Electrobiochemical reactor and related method to enhance microbial/enzyme function in transforming or removing contaminants from a liquid
CA2741560C (en) 2008-10-30 2016-09-27 Emefcy Limited Electrodes for use in bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells and bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells employing such electrodes
US8808888B2 (en) * 2010-08-25 2014-08-19 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
NZ612482A (en) 2010-12-14 2014-05-30 Emefcy Ltd Spirally wound microbial fuel cell
GB201104046D0 (en) 2011-03-09 2011-04-20 Univ Bristol Apparatus
US20140048424A1 (en) * 2011-04-27 2014-02-20 Ohio University Methods and devices for the detection of biofilms
JP5770645B2 (ja) * 2012-01-12 2015-08-26 積水化学工業株式会社 膜・電極接合構造体、並びに微生物燃料電池モジュール
KR101417610B1 (ko) * 2013-03-22 2014-07-10 송영채 분리막에 수직으로 설치된 3차원 공기환원전극을 구비한 생물전기화학전지
US9546429B1 (en) 2013-04-12 2017-01-17 Microrganic Technologies Inc Multi-strand electrode and method of making
JP2015041477A (ja) * 2013-08-21 2015-03-02 積水化学工業株式会社 微生物燃料電池用エアカソード及び微生物燃料電池
JP6184256B2 (ja) * 2013-08-29 2017-08-23 株式会社日立製作所 微生物燃料電池用カソード及びその製造方法、並びに微生物燃料電池
JP6361041B2 (ja) * 2013-11-04 2018-07-25 合同会社ＥｃｏＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ バイオマスを用いた循環型バイオ水素生産施設
JP6263270B2 (ja) * 2014-09-11 2018-01-17 パナソニック株式会社 電極並びにそれを用いた燃料電池及び水処理装置
WO2016063455A1 (ja) * 2014-10-20 2016-04-28 パナソニック株式会社 電極、燃料電池及び水処理装置
EP3262704A1 (en) 2015-02-23 2018-01-03 Emefcy Ltd. An oxygen reduction catalyst element, method of its production, and uses thereof
JP6358509B2 (ja) * 2015-04-07 2018-07-18 日本工営株式会社 汚染水処理装置
US20180097239A1 (en) * 2015-04-13 2018-04-05 Panasonic Corporation Electrode structure and microbial fuel cell
EP3442063A4 (en) 2016-04-08 2019-05-01 Panasonic Corporation ELECTRODE, FUEL CELL AND WATER TREATMENT DEVICE
CN106082420B (zh) * 2016-06-15 2018-11-09 大连理工大学 一种产电微生物阳极辅助异质结阳极的自偏压污染控制系统
BR112019008491A2 (pt) 2016-10-26 2019-09-03 Fluence Water Products And Innovation Ltd processo e sistema para tratamento de água residual
KR101908693B1 (ko) * 2016-11-17 2018-12-18 박호원 무격막 수소수 생성모듈 및 이를 적용하여 이루어진 무격막 수소수 생성장치
RU2642083C1 (ru) * 2017-05-15 2018-01-24 Михаил Иванович Голубенко Способ создания системы культурного газона со светящейся строительной деталью
JP6989923B2 (ja) * 2018-03-08 2022-02-03 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 生物電気化学システム用電極、生物電気化学システムおよび生物電気化学システム用電極の製造方法
CN116282747B (zh) * 2023-04-14 2024-04-26 安徽理工大学 一种混合处理酸性矿业废水和养殖废水的多路耦合系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030180622A1 (en) * 2000-05-29 2003-09-25 Takahiro Tsukuda Separator for electrochemical device and method for producing the same, and electrochemical device
US20070259217A1 (en) * 2006-05-02 2007-11-08 The Penn State Research Foundation Materials and configurations for scalable microbial fuel cells

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001145896A (ja) 1999-11-19 2001-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 窒素含有排水処理装置
WO2002058171A2 (en) * 2001-01-22 2002-07-25 Evionyx, Inc. Electrolyte balance in electrochemical cells
GB0219955D0 (en) * 2002-08-28 2002-10-02 Univ Newcastle Fuel cell electrode
US6989206B2 (en) * 2002-11-13 2006-01-24 Agilent Technologies, Inc. Water recycling in fuel cell systems
CA2530914C (en) * 2003-06-27 2011-09-20 The University Of Western Ontario Biofuel cell
US20050100774A1 (en) * 2003-11-07 2005-05-12 Abd Elhamid Mahmoud H. Novel electrical contact element for a fuel cell
US20070048577A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-01 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Naval Re Scalable microbial fuel cell with fluidic and stacking capabilities
US20090297890A1 (en) * 2005-09-28 2009-12-03 Tatsuo Shimomura Anode for Bioelectric Power Generation And Power Generation Method And Apparatus Utilizing Same
JP2007095471A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Ebara Corp 生物発電用アノード及びこれを利用する発電方法及び装置
CA2531942A1 (en) * 2005-12-27 2007-06-27 The University Of Western Ontario Fuel cell bioreactor
CN101028952A (zh) * 2006-02-27 2007-09-05 权力敏 节能型水处理活性生物膜
EP2080243A2 (en) * 2006-11-06 2009-07-22 Akermin, Inc. Bioanode and biocathode stack assemblies
CN100449845C (zh) * 2006-11-28 2009-01-07 北京航空航天大学 可堆叠式单室微生物燃料电池
US20080138663A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-12 Canon Kabushiki Kaisha Microbial electrode and fuel cell and sensor using the same
CA2741560C (en) 2008-10-30 2016-09-27 Emefcy Limited Electrodes for use in bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells and bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells employing such electrodes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030180622A1 (en) * 2000-05-29 2003-09-25 Takahiro Tsukuda Separator for electrochemical device and method for producing the same, and electrochemical device
US20070259217A1 (en) * 2006-05-02 2007-11-08 The Penn State Research Foundation Materials and configurations for scalable microbial fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
ES2656364T3 (es) 2018-02-26
KR101662051B1 (ko) 2016-10-04
AU2009309280B2 (en) 2015-03-12
CA2741560A1 (en) 2010-05-06
CN105609787A (zh) 2016-05-25
KR20110106282A (ko) 2011-09-28
US20110229742A1 (en) 2011-09-22
AU2009309280A1 (en) 2010-05-06
US8932770B2 (en) 2015-01-13
JP5774485B2 (ja) 2015-09-09
MX2011004321A (es) 2011-08-03
BRPI0920161A2 (pt) 2020-08-11
NZ592492A (en) 2013-08-30
WO2010049936A1 (en) 2010-05-06
EP2351130B1 (en) 2017-11-01
CA2741560C (en) 2016-09-27
JP2012507828A (ja) 2012-03-29
EA201170621A1 (ru) 2012-01-30
EP2351130A1 (en) 2011-08-03
US10458029B2 (en) 2019-10-29
DK2351130T3 (da) 2018-01-29
NO2351130T3 (ru) 2018-03-31
US20150093601A1 (en) 2015-04-02
EP2351130A4 (en) 2014-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA023974B1 (ru) Электроды для использования в бактериальных топливных элементах и в бактериальных электролизных элементах
JP5936621B2 (ja) 渦巻状に巻かれた微生物燃料電池
AU2014361750A1 (en) Electrochemical cells and components thereof
CN102227839A (zh) 用于细菌燃料电池和细菌电解电池中的电极以及采用该电极的细菌燃料电池和细菌电解电池
JP5457951B2 (ja) 電解槽
MX2011011061A (es) Procedimineto para inhibir la emision de particulas durante la friccion de pelets de mena de hierro tratados termicamente y uso de un subproducto de alcohol para inhibir la emision de particulas.
JP5770645B2 (ja) 膜・電極接合構造体、並びに微生物燃料電池モジュール
EP3493312A1 (en) Microbial fuel cell
KR100704437B1 (ko) 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체
AU2013204526A1 (en) Electrodes for use in bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells and bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells employing such electrodes
US20240018665A1 (en) High efficiency electrolysis device
US20240079624A1 (en) Bio-electrochemical fuel cell
JP2019117746A (ja) 発電装置用の電極、及び、発電装置
US11962019B2 (en) Carbon based electrode with large geometric dimensions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KZ MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG RU