KR20150139429A - 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법 - Google Patents
광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150139429A KR20150139429A KR1020150066301A KR20150066301A KR20150139429A KR 20150139429 A KR20150139429 A KR 20150139429A KR 1020150066301 A KR1020150066301 A KR 1020150066301A KR 20150066301 A KR20150066301 A KR 20150066301A KR 20150139429 A KR20150139429 A KR 20150139429A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- fuel cell
- photocatalyst
- ultraviolet
- Prior art date
Links
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 40
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title abstract description 8
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 title abstract description 7
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 title abstract description 7
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 25
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 claims description 31
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 30
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 9
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 5
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 claims description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 claims description 4
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 claims description 4
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims description 4
- 241000588767 Proteus vulgaris Species 0.000 claims description 4
- 241000589517 Pseudomonas aeruginosa Species 0.000 claims description 4
- 241000863430 Shewanella Species 0.000 claims description 4
- 241000863432 Shewanella putrefaciens Species 0.000 claims description 4
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 claims description 4
- 241000192589 Synechococcus elongatus PCC 7942 Species 0.000 claims description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 4
- 229940007042 proteus vulgaris Drugs 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 241000252867 Cupriavidus metallidurans Species 0.000 claims description 3
- 241001494297 Geobacter sulfurreducens Species 0.000 claims description 3
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 32
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000037358 bacterial metabolism Effects 0.000 description 1
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000012992 electron transfer agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229960004887 ferric hydroxide Drugs 0.000 description 1
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- IEECXTSVVFWGSE-UHFFFAOYSA-M iron(3+);oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Fe+3] IEECXTSVVFWGSE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000007269 microbial metabolism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/02—Biological treatment
- C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such 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
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- 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
-
- 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
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- 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
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
-
- Y02E60/527—
Abstract
본 발명은 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법에 관한 것으로, 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원을 구비하여 상기 양극부에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선이 조사하는 광조사단계(S1단계)와; 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키는 광촉매반응단계(S2단계)와; 상기 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체를 상기 양극부에 충전하는 광촉매지지체 충전단계(S3단계)와; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 담체 또는 슬러지를 충전하는 담체 충전단계(S4단계) 및; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하는 하폐수 공급단계(S5단계)로 이루어져 낮은 에너지와 적은 비용으로 하수처리 시스템을 효율적 운전할 수 있고, 하폐수의 처리효율을 극대화하고 수소를 생산할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.
Description
본 발명은 미생물 연료전지 및 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부로 구성된 미생물연료전지에 있어서 양극(Cathode)에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하여서 양극에서의 전자방출을 용이하게 하고 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응공정이 통합된 수소를 생산하면서 하폐수를 처리하는 미생물 연료전지의 하폐수 처리방법과 수소생산에 관한 것이다.
일반적으로 미생물 연료전지는 미생물을 이용하여 유기물로부터 전기를 생산하는 방법으로써, 양성자 교환막에 의하여 나누어진 혐기성 조건의 산화전극 반응조와 호기성 조건의 환원전극 반응조로 구성된다.
여기서 산화전극 반응조의 미생물은 공급되는 유기물을 분해하여 전자와 수소이온으로 변환시키며 생성된 수소이온은 양성자교환막을 통하여 양극(Cathode)으로 이동하고 생성된 전자는 외부서킷을 통해 양극(Cathode)으로 이동한다.
따라서 양극(Cathode)에서는 양성자교환막을 통하여 이동된 수소이온 및 회로를 통해 이동된 전자와 양극부 내부로 공급되는 산소분자가 결합하여 물을 생성하게 되며, 이때의 전자흐름이 전류로서 전기에너지를 생성한다.
이와 같이 미생물 연료전지는 미생물이 유기물을 분해하면서 전자와 수소이온을 생성하고, 미생물이 유기물을 산화시킬 때에 발생하는 전자는 미생물 세포막에 존재하는 전자전달계를 통하여 ATP 형태의 에너지를 생산하게 되고 전자전달계를 빠져나온 전자는 최종 전자수용체를 환원시키며, 일부 미생물들은 전자를 체외에 존재하는 금속산화물과 같은 최종 전자수용체로 이동시킬 수가 있는바, 이러한 미생물들을 전자방출균(exoelectrogen)이라고 하며 이러한 미생물이 미생물 연료전지에서 생촉매로 활용된다.
이와 같은 미생물 연료전지는 미생물 또는 박테리아 대사에너지를 이용하여 전기를 생성하는데 폐기물을 포함한 모든 유기물질은 미생물의 먹이가 될 수 있으므로 이러한 과정에서 미생물 연료전지는 유기물을 분해하면서 전기생산을 하고 하폐수의 처리도 하는 친환경적이라 할 수 있다.
또한 기존의 하수처리 시스템은 비교적 높은 에너지가 요구되므로 낮은 에너지와 적은 비용으로 효율적 운전을 할 수 있는 미생물 연료전지 처리기술의 접목이 필요하다.
한편 하폐수 처리장에서 인 제거제로서 주로 수산화제이철을 사용하고, 하폐수처리장 유입폐수 대부분이 철을 높은 농도로 함유한다. 그에 따라 하폐수 처리시설 대부분의 활성슬러지에 제이철 환원세균이 존재하고 슬러지의 혐기적 저장상태에서 제이철 환원이 발생한다.
이러한 철환원 세균은 혐기상태에서 배양하면 세포내에서 유기물 산화로 발생한 전자를 세포 밖으로 내보내 세포 밖에서 제이철 이온을 환원하고, 철환원 세균인 쉬와넬라 푸트레파시엔스(Shewanella putrefaciens )는 전자 전달매개체 없이 전자 공여체로 젖산 또는 수소를 공급하여 전류를 발생한다.
한편 종래의 미생물 연료전지로서, 특허공개 제2003-0088263호의 "양이온 교환막이 없는 무매개체 미생물 연료전지"가 공개특허공보에 개시되어 있다.
상기 특허공개 제2003-0088263호의 "양이온 교환막이 없는 무매개체 미생물 연료전지"는 도 1에 도시한 바와 같이 구성되어 기존의 무매개체 미생물 연료전지에서 사용되어 왔던 미생물연료전지의 양극(Cathode)에서 이동되는 수소이온을 위한 양성자 교환막 대신에, 양극부와 음극부를 분리하는 글라스울(glass wool)과 글라스비드(glass bead)을 사용하는 양이온 교환막이 없고 폐수처리에 있어서 양극부에서 호기적 2차처리를 거치는 무매개체 미생물 연료전지에 관한 것이다.
도 1에 도시한 종래의 미생물 연료전지에서는 양극(Cathode) 소재로서 탄소부직포 또는 금속을 사용하는 한편 음극(Anode) 소재로는 카본 직조물(carbon cloth), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(graphite granule) 또는 흑연 브러쉬(graphite brush)를 주로 사용하였다.
그러나 최근에 카본 나노튜브(carbon nanotube)의 우수한 전자 전달능력 및 물질전달 능력, 뛰어난 기계적/구조적 성능, 우수한 내부식성 및 넓은 활성 표면적 및 적절한 기공도를 가진 구조와 같은 그 고유 특성에 대한 수요가 매우 증가하고 있는바, Pt 나 Au 촉매를 근간으로 하는 전극의 경우 우수한 물질전달 능력, 전극 민감성에서의 우수성이 있으나 비싼 Pt 및 Au 촉매를 사용해야 한다는 단점이 있다.
반면에 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 전극물질로 이용할 경우, 상기한 카본 나노튜브(carbon nanotube)의 고유특성 뿐만 아니라 귀금속 촉매보다 재료비가 저렴한 장점이 있다.
전기생성미생물은 초산 같은 유기물을 에너지원으로 소모하여 전자와 양자를 생산하고 0.3 볼트까지의 전자포텐셜을 만든다. 전형적인 미생물연료전지에서는 이 전자포텐셜이 전력을 만드는데 사용된다. 미생물 전기분해 셀(microbial electrol ysis cell)은 미생물연료전지와 같으나 셀에 추가에너지를 부여하여 수소이온이 수소로 환원하여 수소를 생산한다. 이러한 환원에 필요한 에너지의 일부는 미생물 활성에서 유래한 한 것이고 추가에너지는 미생물 없이 물을 전기분해하는 에너지보다 적다. 수소생산은 0.8 볼트의 투입 전압에서 3.12m3H2/[m3d]까지 가능하다.
본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 미생물 연료전지에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고 하폐수처리의 효율성을 제고하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 낮은 에너지와 적은 비용으로 하수처리 시스템을 효율적 운전할 수 있는 미생물 연료전지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 미생물연료전지의 양극(Cathode)에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하여서 양극에서의 전자방출을 용이하게 하고 양극부의 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응으로 미생물 기질로서 공급되는 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 고정상 또는 유동상 담체 또는 미생물 슬러지를 충전하여 하폐수의 처리효율을 극대화하고 수소를 생산할 수 있는 미생물 연료전지 및 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정은 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원으로 이루어져 상기 양극부의 양극(Cathode)에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하는 광조사단계(S1단계)와; 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키는 광촉매반응단계(S2단계)와; 상기 광촉매반응단계(S2단계)는 상기 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체를 상기 양극부에 충전하는 광촉매지지체 충전단계(S3단계)를 포함하며; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 미생물담체 또는 슬러지를 충전하는 단계(S4단계) 및; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하는 하폐수 공급단계(S5단계)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 낮은 에너지와 적은 비용으로 하수처리 시스템을 효율적 운전할 수 있고, 하폐수의 처리효율을 극대화하고 수소를 생산할 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 양이온 교환막이 없는 무매개체 미생물 연료전지와 이를 운전하기 위한 전체 시스템도,
도 2는 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정을 도시한 다이어그램,
도 2는 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정을 도시한 다이어그램,
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정을 도시한 다이어그램으로서, 본 발명 미생물 연료전지는 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원을 구비하여 상기 양극부의 양극(Cathode)에 자외선(UV) 또는 가시광선이 조사되도록 구성되어 있다.
상기 음극부의 음극(Anode) 표면에 미생물을 고정하거나 또는 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 슬러지를 충전하게 된다.
상기 슬러지로는 미생물 슬러지를 사용하고, 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하게 된다.
상기 미생물로는 Alcaligenes eutrophus , E. Coli , Anacystis nidulans , Proteus vulgaris , Bacillus subtilis , Pseudomonas putida , Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus latis , Shewanella oneidenesis 또는 Shewanella putrefaciens를 포함하는 철환원세균 또는 Geobacter sulfurreducens 중의 하나 또는 상기 미생물들의 컨소시엄이거나 하폐수처리장 혐기소화조 오니가 바람직하게 사용된다.
또한 상기 미생물 슬러지로는 Alcaligenes eutrophus , E. Coli , Anacystis nidulans, Proteus vulgaris , Bacillus subtilis , Pseudomonas putida , Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus latis, Shewanella oneidenesis 또는 Shewanella putrefaciens를 포함하는 철환원세균 또는 Geobacter sulfurreducens 중의 하나 또는 상기 미생물들의 컨소시엄이거나 하폐수처리장 혐기소화조 오니가 바람직하게 사용된다.
상기 양극부의 양극(Cathode)을 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하고 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키게 된다.
상기 광촉매반응은 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체로 충전함으로써 이루어진다. 상기 광촉매는 고체와 균일용액이 되는 화합물로 분류할 수 있다. 고체로 분류되는 광촉매에서 사용할 수 있는 물질로는 TiO2 (anatase), TiO2 (rutile), ZnS, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 등과 페롭 스카이트형 복합 금속산화물 (SrTiO3) 등이 있으며, 균일 용액이 되는 화합물로 분류되는 광촉매에서 사용할 수 있는 물질로는 Co 착제제, Rh 착제제, 폴리비닐 유도체 (Zn, Al, Mg) 등이 있다. 자외선(UV) 응답형 광촉매는 TiO2, ZnS, CdS, ZrO2, V2O3 및 WO3 등을 들 수 있고, 가시광 응답형 광촉매는 BiVO4, AgNbO3, TiO2:Cr, Sb, Pt/SrTiO3:Cr, Sb, Pt/SrTiO3:Cr, Ta, Cu-ZnS, Ni-ZnS 등을 들 수 있다.
상기 양극(Cathode)으로는 카본 나노튜브(CNTs), 카본 직조물(carbon clot h), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(graphite gra nule), 흑연 브러쉬(graphite brush), 상기 카본 또는 흑연 관련 재료를 지지체로 하여 금속 또는 전이금속을 도핑 또는 코팅한 것 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 금속 또는 전이금속도 사용할 수 있다.
여기서 상기 양극(Cathode)으로 사용되는 금속으로는 아연이 바람직하게 사용되고, 상기 양극에 조사되는 자외선(UV)의 최대파장은 286nm인 것이 바람직하다.
상기 음극(Anode)으로는 카본 나노튜브(CNTs), 카본 직조물(carbon cloth), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(graphite granul e), 흑연 브러쉬(graphite brush), 상기 카본 또는 흑연 관련 재료를 지지체로 하여 금속 또는 전이금속을 도핑 또는 코팅한 것 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 금속 또는 전이금속도 사용할 수 있다.
여기서 상기 음극(Anode)으로 사용되는 금속으로는 아연이, 상기 귀금속으로는 백금(Pt)이 전이금속으로는 타이타늄(Ti)이 각각 바람직하게 사용될 수 있다.
그리고 상기 음극부와 상기 양극부를 격리하는 이온교환막을 추가로 구성하여도 되고, 상기 이온교환막으로는 자외선차폐 불투명 글래스 또는 SiO2 비드(bead) 층을 바람직하게 사용할 수 있다.
한편 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정은 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원으로 이루어져 상기 양극부의 양극(Cathode)에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하는 광조사단계(S1단계)와; 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키는 광촉매반응단계(S2단계)와; 상기 광촉매반응단계(S2단계)는 상기 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체를 상기 양극부에 충전하는 광촉매지지체 충전단계(S3단계)를 포함하며; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 미생물담체 또는 슬러지를 충전하는 단계(S4단계) 및; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하는 하폐수 공급단계(S5단계)로 이루어져 있다.
상기 양극부 하부로부터 양극부 내부로 산소 또는 공기를 공급하여 음극부로부터 이동된 수소이온 및 음극(Anode)으로부터 회로를 통해 이동된 전자와 결합하여 물을 생성하며 전자흐름이 전류로서 전기에너지를 생성하고; 상기 음극부로부터 이동된 수소이온 및 음극으로부터 회로를 통해 이동하여 상기 양극(Cathode)에서 방출된 전자와 결합하여 수소를 생성하며; 상기 양극부 내부로 공급된 산소 또는 공기가 전자수용체로서 광촉매표면에서 광원에 의해 분리 생성되고 여기된 전자와 정공 간의 빠른 재결합이 발생하지 않도록 하여 광촉매의 활성을 지속적으로 유지시키게 된다.
여기서 수소정제용 분리막 공정을 더 추가하여 수소정제용 분리막 공정을 정을 거쳐서 수소를 제조하게 된다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리공정의 작용을 실시예로서 상세하게 설명한다.
설명에 앞서 본 발명 광조사단계(S1단계)에서 양극부의 양극(Cathode)에서 일어나는 원리에 대하여 살펴본다.
금속표면에 전자를 보유하는 힘을 그 금속의 워크 펑션(Work function)이라 한다. 양극(Cathode)으로부터 전자가 방출되는 충분한 에너지의 빛을 양극에 조사하면 워크 펑션(Work function)보다 초과되는 양 만큼에 해당되는 최대 운동에너지를 가진 전자가 방출되고, 음극(anode)에서의 정공은 양극(cathode)을 통하여 빛에너지가 전달되게 해 준다. 아연(zinc) 판에 자외선을 조사할 때에 아연(zinc)의 워크 펑션(Work function)은 4.25 ∼ 4.33 eV로 알려져 있다. Electron-volt(eV)는 전자전하(1.602x10-19 coulombs(C))와 볼트(N-m/C 또는 J/C)의 곱으로서 1 eV는 1.602 x 10-19 J이다. 따라서 4.33 eV는 6.94 x 10-19 J이다. 광자 에너지(E)는 hv 또는 hc/λ로 표현되는데, c/λ와 λ는 각각 빛의 진동수와 파장을 일컫는다. 따라서 아연(zinc) 경우에 전자를 표면에서 방출하는 충분한 에너지를 제공하는 빛의 최대파장은 286 nm이다. 한편 열분해 그래파이트(HOPG)는 워크 펑션(Work function)이 4.6 eV이다. 주변환경이 오염되면 워크 펑션(Work function)이 약 0.5-1.0 eV 정도 변동하는 금속표면과는 다르게 열분해 그래파이트(HOPG)의 워크 펑션은 크게 변하지 않는다. 한편 카본 나노튜브(CNTs)는 고유의 큰 애스펙트(aspect) 비와 매우 작은 굴곡반경을 가지는 1차원적인 모양 때문에 오랜 기간 동안 낮은 전하장에서도 전자를 방출할 수 있는 능력 때문에 이상적인 전계방출(Field-emitting) 재료로 사용될 수 있다.
실시예
먼저 광조사단계(S1단계)에서 양극부(9)의 양극(2)을 카본 나노튜브(CNTs)로 구성하여 자외선(UV) 또는 가시광선을 광원(4)으로 조사하여 카본 나노튜브로 구성된 양극(2) 표면에서 용이하게 전자방출이 이루어지도록 하였다.
광촉매반응단계(S2단계)에서 상기 양극부(9)에 광원(4)으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하여 양극부(9)에서 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응이 실행되도록 하였다.
여기서 양극부(9)의 양극(2)과 음극부(8)의 음극(21)을 구성하는 재료로는 카본 나노튜브(CNTs)에 한정하지 않고 카본 직조물(carbon cloth), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(graphite granule) 또는 흑연 브러쉬(graphite brush), 또는 상기 재료를 지지체로 하고 귀금속 또는 전이금속을 도핑 또는 코팅한 것 또는 백금, 아연 등 금속과 모든 전이금속을 사용할 수 있다.
상기 광촉매반응단계(S2)는 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체를 상기 양극부(9)에 충전하는 광촉매지지체 충전단계(S3단계)를 포함한다.
그리고 상기 광촉매반응은 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅되거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 허니컴형이나 막형 또는 입자형 또는 판형의 광촉매지지체(10)가 충전되는 양극부(9)의 빈 공간으로 음극부(8)에서 혐기소화조 오니(5)와 같은 미생물에 의해 혐기산화 처리된 하폐수가 통과하면서 광촉매산화 처리되는 반응이다.
여기서 상기 광촉매반응단계(S2단계)에는 산소 또는 공기를 전자수용체로서 상기 광촉매반응에서 하부로부터 산소 공급(12)하여 광촉매표면에서 광원(4)에 의해 생성된 여기된 전자와 정공 간의 빠른 재결합이 발생하지 않도록 하여 광촉매의 활성을 지속적으로 유지시키는 것이 포함된다.
또한 상기 광촉매반응단계(S2단계)에서 양극(2)에는 음극부(8)로부터 자외선차폐 불투명 비드층(15)을 통과하여 이동된 수소이온(11) 및 음극부(8)의 금속봉 또는 흑연봉(1)과 양극부(2)의 금속봉 또는 흑연봉(1) 및 금속환(3) 등의 회로를 통해 이동되는 전자(6)와 광촉매 활성을 유지시키기 위하여 양극부(9) 내부로 공급되는 산소 또는 공기(19)에 포함된 산소분자가 결합하여 물을 생성하고, 이때의 전자흐름이 전류로서 전기에너지를 생성한다.
그리고 양극(2)로부터 전자가 방출되는 충분한 에너지의 빛을 양극(2)에 조사하면 워크 펑션(Work function)보다 초과되는 양 만큼에 해당되는 최대 운동에너지를 가진 전자가 방출되어 음극부(8)로부터 이동된 수소이온(11)과 반응하여 수소(20)를 생성할 수 있으며, 생성된 수소(20)는 반응기 수면으로 나와서 밀폐된 반응기(18)에서 포집 및 배출되어 수소정제용 분리막 공정(13)을 거쳐서 정제된 수소(14)를 제조한다.
미생물담체 또는 슬러지 충전단계(S4단계)에서 음극부(8)의 음극(Anode) 주위에 미생물담체 또는 슬러지를 충전하고, 마지막으로 하폐수 공급단계(S5단계)에서 상기 음극부(8)의 음극(21) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하여 하폐수를 처리하였다.
그에 따라 음극부(8)의 금속스크린 또는 금속용기(7)에 충전된 음극(21) 주위에 고정되거나 부유하는 전자방출균인 혐기소화조 오니(5)와 같은 미생물 또는 미생물 슬러지에 의하여 하폐수가 혐기산화 처리되고, 미생물(전자방출균)로부터 음극(21)으로 방출된 전자는 음극부(8)의 금속봉 또는 흑연봉(1)과 양극부(9)의 금속봉 또는 흑연봉(1) 및 금속환(3) 등의 회로를 타고 양극부(9)의 양극(2)에 도달하게 된다.
이상의 실시 예로부터 본 발명은 1).음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부로 구성된 미생물 연료전지에서 양극부의 양극에 광원으로 자외선 또는 가시광선을 조사하여서 양극에서의 전자방출을 용이하게 하고 2).양극부에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하여 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으켜 양극부의 빈 공간으로 음극부에서 미생물에 의해 혐기산화 처리된 하폐수가 통과하면서 광촉매산화 처리되어 하폐수 처리효율을 극대화하고 미생물 연료전지 효율을 제고하고 수소를 생산할 수 있음을 확인할 수 있었다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
1 : 금속봉 또는 흑연봉 2 : 양극(카본나노튜브)
3 : 금속환 4 : 광원(자외선 또는 가시광선)
5 : 하수처리장 혐기소화조 오니 6 : 전자
7 : 금속스크린 또는 금속용기 8 : 음극부
9 : 양극부 10 : 광촉매 코팅 또는 광촉매를 담지한 지지체
11 : 수소이온 12 : 공기(또는 산소) 공급
13 : 수소정제 분리막공정 14 : 정제된 수소
15 : 자외선차폐 불투명 비드(bead) 층 16 : 폐하수 공급
17 : 처리된 폐하수 18 : 밀폐된 반응기
19 : 공기(또는 산소) 20 : 수소
21 : 음극(카본나노튜브)
3 : 금속환 4 : 광원(자외선 또는 가시광선)
5 : 하수처리장 혐기소화조 오니 6 : 전자
7 : 금속스크린 또는 금속용기 8 : 음극부
9 : 양극부 10 : 광촉매 코팅 또는 광촉매를 담지한 지지체
11 : 수소이온 12 : 공기(또는 산소) 공급
13 : 수소정제 분리막공정 14 : 정제된 수소
15 : 자외선차폐 불투명 비드(bead) 층 16 : 폐하수 공급
17 : 처리된 폐하수 18 : 밀폐된 반응기
19 : 공기(또는 산소) 20 : 수소
21 : 음극(카본나노튜브)
Claims (20)
- 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원을 구비하여 상기 양극부의 양극(Cathode)에 자외선(UV) 또는 가시광선이 조사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 음극부의 음극(Anode) 표면에 미생물을 고정하거나 또는 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 슬러지를 충전하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 2항에 있어서, 상기 미생물은 Alcaligenes eutrophus , E. Coli , Anacystis nidulans , Proteus vulgaris , Bacillus subtilis , Pseudomonas putida , Pseudomonas aeruginosa , Streptococcus latis , Shewanella oneidenesis 또는 Shewanella putrefaciens를 포함하는 철환원세균 또는 Geobacter sulfurreducens 중의 하나 또는 상기 미생물들의 컨소시엄이거나 하폐수처리장 혐기소화조 오니인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 2항에 있어서, 상기 슬러지는 미생물 슬러지인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 4항에 있어서, 상기 미생물 슬러지는 Alcaligenes eutrophus , E. Coli , Anacystis nidulans , Proteus vulgaris , Bacillus subtilis , Pseudomonas putida , Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus latis , Shewanella oneidenesis 또는 Shewanella putrefaciens를 포함하는 철환원세균 또는 Geobacter sulfurreducens 중의 하나 또는 상기 미생물들의 컨소시엄이거나 하폐수처리장 혐기소화조 오니인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 음극부의 음극(Anode) 주위는 하폐수를 미생물 기질로서 공급하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극부에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하여 상기 양극부에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 7항에 있어서, 상기 광촉매반응은 상기 양극부에 충전된 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체에서 발생하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 양극(Cathode)은 카본 나노튜브(CNTs), 카본 직조물(carbon cloth), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(graphite granule), 흑연 브러쉬(graphite brush), 상기 카본 또는 흑연 관련 재료를 지지체로 하여 금속 또는 전이금속을 도핑 또는 코팅한 것, 귀금속 또는 전이금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 9항에 있어서, 상기 금속은 아연이고, 상기 양극에 조사되는 자외선(UV)의 최대파장은 286nm인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 음극(Anode)은 카본 나노튜브(CNTs), 카본 직조물(c arbon cloth), 카본지(carbon paper), 흑연 펠트(graphite felt), 흑연 그래뉼(gr aphite granule), 흑연 브러쉬(graphite brush), 상기 카본 또는 흑연 관련 재료를 지지체로 하여 금속 또는 전이금속을 도핑 또는 코팅한 것, 귀금속 또는 전이금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 11항에 있어서, 상기 금속은 아연인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 9항 또는 제 11항에 있어서, 상기 귀금속은 백금(Pt)인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 9항 또는 제 11항에 있어서, 상기 전이금속은 타이타늄(Ti)인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 음극부와 상기 양극부는 이들을 격리하는 이온교환막을 추가로 더 구성한 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 15항에 있어서, 상기 이온교환막은 자외선차폐 불투명 글래스 또는 SiO2 비드(bead) 층인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 음극(Anode)을 포함하는 음극부와 양극(Cathode)을 포함하는 양극부 및 광원으로 이루어져 상기 양극부에 광원으로 자외선(UV) 또는 가시광선을 조사하는 광조사단계(S1단계)와; 상기 양극부의 양극(Cathode)에 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매반응을 일으키는 광촉매반응단계(S2단계)와; 상기 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매로 코팅하거나 자외선(UV) 또는 가시광선 응답형 광촉매를 담지한 광촉매지지체를 상기 양극부에 충전하는 광촉매지지체 충전단계(S3단계)와; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 담체 또는 슬러지를 충전하는 담체 충전단계(S4단계) 및; 상기 음극부의 음극(Anode) 주위에 하폐수를 미생물 기질로서 공급하는 하폐수 공급단계(S5단계)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법.
- 제 8항에 있어서 상기 자외선(UV) 응답형 광촉매는 TiO2, ZnS, CdS, ZrO2, V2O3 및 WO3 중의 어느 하나이거나 복수로 구성되고, 상기 가시광선 응답형 광촉매는 CdS, V2O3, WO3, BiVO4, AgNbO3, Cr과 Sb가 도핑된 TiO2, Cr과 Sb가 도핑된 Pt/SrTiO3, Cr과 Ta가 도핑된 Pt/SrTiO3, Cu-ZnS 및 Ni-ZnS 중의 어느 하나이거나 복수로 구성된 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
- 제 17항에 있어서, 상기 양극부 하부로부터 양극부 내부로 산소 또는 공기를 공급하여 음극부로부터 이동된 수소이온 및 음극(Anode)으로부터 회로를 통해 이동된 전자와 결합하여 물을 생성하며 전자흐름이 전류로서 전기에너지를 생성하고; 상기 음극부로부터 이동된 수소이온 및 음극으로부터 회로를 통해 이동하여 상기 양극(Cathode)에서 방출된 전자와 결합하여 수소를 생성하며; 상기 양극부 내부로 공급된 산소 또는 공기가 전자수용체로서 광촉매표면에서 광원에 의해 분리 생성되고 여기된 전자와 정공 간의 빠른 재결합이 발생하지 않도록 하여 광촉매의 활성을 지속적으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법은 수소정제용 분리막 공정을 더 추가하여 수소정제용 분리막 공정을 거쳐서 수소를 제조하는 것을 특징으로 하는 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140065479 | 2014-05-29 | ||
| KR1020140065479 | 2014-05-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150139429A true KR20150139429A (ko) | 2015-12-11 |
| KR101825783B1 KR101825783B1 (ko) | 2018-02-06 |
Family
ID=55020590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150066301A KR101825783B1 (ko) | 2014-05-29 | 2015-05-12 | 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101825783B1 (ko) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105859024A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-08-17 | 东南大学 | Ag3PO4光催化耦合人工湿地微生物电池系统及其应用 |
| CN106684419A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-05-17 | 南京大学 | 一种光助微生物燃料电池 |
| CN108793422A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-11-13 | 大连理工大学 | 光催化电极耦合微生物燃料电池促进焦化废水处理方法 |
| KR20190097435A (ko) * | 2018-02-12 | 2019-08-21 | (주)엠큐더블유 | 유수 절수 장치 |
| CN110228851A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-09-13 | 中国环境科学研究院 | 一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统 |
| CN110451631A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 安徽环境科技集团股份有限公司 | 一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法 |
| CN110649289A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-03 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法 |
| WO2022016768A1 (zh) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | 南京理工大学 | 一种基于光激发空穴为电子受体的生物强化处理难降解有机污染物的方法 |
| CN114551903A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-27 | 广州大学 | 微生物燃料电池阴极、制备方法及其应用 |
| CN115093009A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-09-23 | 成都理工大学 | 一种用于地下水循环井的光催化微生物燃料电池处理组件 |
-
2015
- 2015-05-12 KR KR1020150066301A patent/KR101825783B1/ko active IP Right Grant
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105859024A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-08-17 | 东南大学 | Ag3PO4光催化耦合人工湿地微生物电池系统及其应用 |
| CN106684419A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-05-17 | 南京大学 | 一种光助微生物燃料电池 |
| KR20190097435A (ko) * | 2018-02-12 | 2019-08-21 | (주)엠큐더블유 | 유수 절수 장치 |
| WO2019223051A1 (zh) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | 大连理工大学 | 光催化电极耦合微生物燃料电池促进焦化废水处理方法 |
| CN108793422A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-11-13 | 大连理工大学 | 光催化电极耦合微生物燃料电池促进焦化废水处理方法 |
| CN108793422B (zh) * | 2018-05-22 | 2019-09-27 | 大连理工大学 | 光催化电极耦合微生物燃料电池促进焦化废水处理方法 |
| CN110228851A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-09-13 | 中国环境科学研究院 | 一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统 |
| CN110451631A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 安徽环境科技集团股份有限公司 | 一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法 |
| CN110649289A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-03 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法 |
| CN110649289B (zh) * | 2019-10-17 | 2023-10-20 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法 |
| WO2022016768A1 (zh) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | 南京理工大学 | 一种基于光激发空穴为电子受体的生物强化处理难降解有机污染物的方法 |
| CN115093009A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-09-23 | 成都理工大学 | 一种用于地下水循环井的光催化微生物燃料电池处理组件 |
| CN115093009B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-07-18 | 成都理工大学 | 一种用于地下水循环井的光催化微生物燃料电池处理组件 |
| CN114551903A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-27 | 广州大学 | 微生物燃料电池阴极、制备方法及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101825783B1 (ko) | 2018-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101825783B1 (ko) | 광촉매반응공정과 통합된 오염원 처리방법 | |
| Fischer | Photoelectrode, photovoltaic and photosynthetic microbial fuel cells | |
| US10683218B2 (en) | Z-scheme microbial photoelectrochemical system (MPS) for wastewater-to-chemical fuel conversion | |
| Xiao et al. | Hybrid microbial photoelectrochemical system reduces CO2 to CH4 with 1.28% solar energy conversion efficiency | |
| Li et al. | Enhanced electro-catalytic generation of hydrogen peroxide and hydroxyl radical for degradation of phenol wastewater using MnO2/Nano-G| Foam-Ni/Pd composite cathode | |
| Tahir et al. | A review on remediation of harmful dyes through visible light-driven WO 3 photocatalytic nanomaterials | |
| Wang et al. | A bio-electro-Fenton system with a facile anti-biofouling air cathode for efficient degradation of landfill leachate | |
| US9492810B2 (en) | Photocatalyst | |
| CN102092820A (zh) | 一种双池双效可见光响应光电芬顿去除水中有机物的方法及装置 | |
| Li et al. | Bio‐electro‐Fenton systems for sustainable wastewater treatment: mechanisms, novel configurations, recent advances, LCA and challenges. An updated review | |
| Dong et al. | Cadmium sulfide nanoparticles-assisted intimate coupling of microbial and photoelectrochemical processes: Mechanisms and environmental applications | |
| CN106630429B (zh) | 一种基于生物电化学及光催化的污水原位处理系统及应用 | |
| Wang et al. | Synergistic degradation for o-chlorophenol and enhancement of power generation by a coupled photocatalytic-microbial fuel cell system | |
| CN109286026B (zh) | 一种新型(膜)电极催化过一硫酸盐辅助构建光催化燃料电池系统 | |
| Rafieenia et al. | Integration of microbial electrochemical systems and photocatalysis for sustainable treatment of organic recalcitrant wastewaters: Main mechanisms, recent advances, and present prospects | |
| CN103367759A (zh) | 可见光响应型光催化废水燃料电池及其制备方法和应用 | |
| CN101299463A (zh) | 光燃料电池 | |
| Bhowmick et al. | TiO2/Activated carbon photo cathode catalyst exposed to ultraviolet radiation to enhance the efficacy of integrated microbial fuel cell-membrane bioreactor | |
| Shi et al. | Enhanced bio-photodegradation of p-chlorophenol by CdS/g-C3N4 3D semiconductor-microbe interfaces | |
| Yi et al. | The ins and outs of photo-assisted microbial electrochemical systems for synchronous wastewater treatment and bioenergy recovery | |
| Siddiqui et al. | Wastewater treatment and energy production by microbial fuel cells | |
| CN104817190B (zh) | 一种利用太阳能降污产氢的生物电化学装置及方法 | |
| Chen et al. | Hydroxyl radical and carbonate radical facilitate chlortetracycline degradation in the bio-photoelectrochemical system with a bioanode and a Bi2O3/CuO photocathode using bicarbonate buffer | |
| Rahman et al. | A review on semiconductor photocathode in bioelectrochemical systems: Mechanism, limitation, and environmental application | |
| Liang et al. | Ti3+ self-doped and nitrogen-annealed TiO2 nanocone arrays photoanode for efficient visible-LED-light-driven photoelectrocatalytic degradation of sulfamethazine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |