生物陰極光催化燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電池系統，尤其涉及一種光催化燃料電池。
【背景技術】
[0002]能量和水資源的短缺，是全球面臨的兩個重要挑戰，對人類社會可持續發展構成了嚴重威脅。污水中蘊含了巨大的能量，lkg化學需氧量(C0D)完全氧化為水和C02理論上可以產生3.86kff -h的能量，如果生活污水以400 mg/L COD計，則所含能量為1.544kff -h/m3，是我國污水處理廠處理lm3污水平均電耗的5.3倍。近幾年光催化燃料電池(PFC)的出現和快速發展，也實現了從廢水中回收電能，但現有的大多數PFC多采用鉑作為陰極材料，使得PFC的成本大大提高；在處理難降解物質時，PFC出水仍有一部分小分子物質需進一步降解。同時，目前燃料電池大多仍需采用離子交換膜，這使得反應器的成本大大的提高。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種生物陰極光催化燃料電池。
[0004]為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是:本實用新型生物陰極光催化燃料電池包括反應容器，所述反應容器被分隔腔分隔為陽極室和陰極室；所述陰極室內為好氧環境；所述陽極室內置有光催化陽極，所述陰極室內置有生物陰極；陽極室設有陽極室進水口和陽極室出水口，陰極室設有陰極室進水口、陰極室出水口和陰極室出氣口；所述陽極室出水口通過所述分隔腔與陰極室進水口連通而使陽極室內的水流能夠進入陰極室；所述光催化陽極和所述生物陰極之間串聯有外電阻。
[0005]進一步地，本實用新型所述陽極室的側壁上設有石英玻璃窗口。
[0006]進一步地，本實用新型在反應容器的外部設有光源，所述光源發射的光能夠通過所述石英玻璃窗口進入所述陽極室內以使陽極室內的光催化陽極進行光催化反應。
[0007]進一步地，本實用新型還包括為所述陰極室提供氧氣的供氧裝置。
[0008]進一步地，本實用新型所述供氧裝置包括相互連通的曝氣頭和空氣栗，其中，所述曝氣頭置于陰極室進水口處或置于陰極室內，所述空氣栗置于所述反應容器的外部。
[0009]進一步地，本實用新型所述陽極室進水口低于陽極室出水口，所述陰極室進水口低于陽極室出水口，所述陰極室出水口高于陰極室進水口。
[0010]進一步地，本實用新型所述陰極室的頂部呈敞口狀，該敞口為所述陰極室出氣口。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有的有益效果是:(1)采用陽極室的光催化反應與陰極室的好氧生物反應相耦合，利用光催化陽極無選擇性降解污染物的特性，先將具有生物毒性的物質降解為毒性低的小分子，再進入陰極室進行生物降解，強化難降解污染物的去除；(2)采用將具有電化學活性的生物膜作為陰極催化劑，在生長代謝的同時催化陰極反應，具有穩定、可再生的特點，避免了貴金屬催化劑的使用，降低了裝置的成本；(3)利用陽極室與陰極室之間的分隔腔作為物理阻隔，能夠有效保障陰極室的生物反應不受陽極室光催化反應的影響，同時通過廢水從陽極室流入陰極室而達到傳遞質子的目的，因此利用反應器的流態從而不需要離子選擇性透過膜，降低了反應器成本；(4)能以廢水為燃料生產電能，實現廢水處理和產電的同步進行，有效回收廢水中所蘊含的能量，降低廢水處理的成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型生物陰極光催化燃料電池的結構示意圖。
[0013]圖中:1_陽極室進水口，2-陽極室，3-分隔腔，4-陰極室，5-陰極室出水口，6-光催化陽極，7-生物陰極，8-外電阻，9-陽極室的內側側壁，10-陰極室的內側側壁，11-曝氣頭，12-空氣栗，13-陽極室出水口，14-陰極室進水口，15-陰極室出氣口，16-反應容器，17-石英玻璃窗口，18-光源。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實用新型生物陰極光催化燃料電池包括反應容器16，在反應容器16中設有陽極室2、光催化陽極6、陰極室4和生物陰極7。反應容器16被分隔腔3分隔為陽極室2和陰極室4。本實用新型反應器可在陰極室4內接種好氧污泥，從而使得陰極室4為好氧環境。光催化陽極6置于陽極室2內，生物陰極7置于陰極室4內。陽極室2設有陽極室進水口 1和陽極室出水口 13，陰極室4設有陰極室進水口 14、陰極室出水口 5和陰極室出氣口 15。陽極室進水口 1低于陽極室出水口 13。陰極室進水口 14低于陽極室出水口 13，陽極室出水口 13通過分隔腔3與陰極室進水口 14連通，從而使陽極室2內溢流出的廢水經由分隔腔3，再由陰極室進水口 14流入陰極室4。陰極室出水口 5高于陰極室進水口 14。光催化陽極6與生物陰極7之間串聯有外電阻8。
[0015]本實用新型在陽極室2的側壁上密封鑲嵌有石英玻璃窗口 17。在反應容器16的外部設有光源18，光源18正對石英玻璃窗口 17，使得光源18發射的光能夠通過石英玻璃窗口 17進入陽極室2，從而陽極室2內的光催化陽極6在光源18發射的光的作用下發生光催化反應。
[0016]本實用新型可通過供氧裝置為陰極室4提供氧氣。作為本實用新型的一種實施方式，供氧裝置可由相互連通的曝氣頭11和空氣栗12組成。其中，曝氣頭11置于陰極室進水口 14處或置于陰極室4內，空氣栗12置于反應容器16外，曝氣頭11通過穿過反應容器底部的導氣管與空氣栗12連通。
[0017]作為本實用新型的一種優選實施方式，陽極室進水口 1開設于陽極室2的底部，陽極室出水口 13開設于環形陽極室2的頂部。例如，可使陽極室的內側側壁9的高度低于反應容器16的頂部，由此利用兩者的高度差而在陽極室的內側側壁9與反應容器16的頂部之間形成陽極室出水口 13。陰極室進水口 14可設于陰極室4的底部，陰極室出水口 5可設于陰極室4的頂部。例如，可使陰極室的內側側壁10的底部高于反應容器16的底部，由此利用兩者的高度差而在陰極室的內側側壁10與反應容器16的底部之間形成陰極室進水口14ο
[0018]此外，優選地將陰極室4的頂部設為敞口狀，將該敞口為陰極室出氣口 15。
[0019]本實用新型生物陰極光催化燃料電池工作時，先將廢水由陽極室進水口 1引入到陽極室2內，經陽極室2內的光催化陽極6的光催化反應后通過陽極室出水口 13流入分隔腔3中，然后再經陰極室進水口 14流入至陰極室4內，再經陰極室4作好氧處理后通過