專利名稱：一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生活及工業(yè)水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及微生物燃料電池陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別涉 及一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池(Microbial fUel cell,簡(jiǎn)稱MFC)是以微生物為生物催化劑，直接將 燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種特殊的燃料電池，將其應(yīng)用在污水處理領(lǐng)域，集產(chǎn)電與污 水凈化為一體，具有十分光明和誘人的應(yīng)用前景。
中國(guó)專利申請(qǐng)《微生物燃料電池》200410066753.9，《用微生物燃料電池檢測(cè)水中有毒 物質(zhì)的方法和裝置》03807769.8，《無(wú)膜和無(wú)介體的微生物燃料電池》03813043.2，《一種 微生物燃料電池》200420090582.9，《一種無(wú)介體微生物燃料電池》200510079759.4，《一 種雙筒型微生物燃料電池》200610113873. 9，《生物反應(yīng)器-直接微生物燃料電池及其用途》 200510086618. 5，《可堆疊式單室微生物燃料電池》200610144991. 6。
以上專利在實(shí)際污水處理過程中出現(xiàn)以下問題反應(yīng)器內(nèi)阻較大，產(chǎn)電能力低下；采用片狀電極，生物量含量較低，其結(jié)構(gòu)不適合大規(guī)模建設(shè)； [3]采用填料電極，填料容易堵塞，降低運(yùn)行周期。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有填料型陽(yáng)極出現(xiàn)的堵塞等問題，本發(fā)明提出一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極，在 增加陽(yáng)極附著微生物的同時(shí)防止產(chǎn)電微生物過度生長(zhǎng)導(dǎo)致陽(yáng)極堵塞。
該陽(yáng)極包括進(jìn)水口 (1)、底板(2)、隔板(3)、穿孔碳?xì)?4)、石墨棒(5)、質(zhì)子膜
(6)、頂板(7)和出水口 (8);
質(zhì)子膜(6)圍成筒狀結(jié)構(gòu)，兩端分別與頂板(7)和底板(2)粘結(jié)在一起，共同構(gòu)成
陽(yáng)極室；
所述底板(2)上設(shè)置有所述進(jìn)水口 (1)，所述頂板(7)上設(shè)置有出水口 (8);
陽(yáng)極室內(nèi)包括柱狀陽(yáng)極、旋入到柱狀陽(yáng)極內(nèi)的石墨棒(5);
所述柱狀樣極為在穿孔碳?xì)?4)上均勻布孔，相鄰碳?xì)种g交錯(cuò)一定角度后用酚醛
樹脂粘合后再燒結(jié)為一個(gè)整體，形成內(nèi)部具有螺旋流道的柱狀陽(yáng)極，用于防止填料型陽(yáng)極的堵塞；
所述石墨棒(5)表面刻有螺紋，將其旋入柱狀陽(yáng)極中加強(qiáng)石墨與碳?xì)种g的接觸，用 于收集陽(yáng)極電流。
所述柱狀陽(yáng)極的工作時(shí)污水從下部進(jìn)水口 (1)流入陽(yáng)極室，經(jīng)過隔板(3)后，由 于流道阻力較小，大部分污水沿著流道螺旋上升，而少量污水直接穿透碳?xì)?，通過碳?xì)謨?nèi) 部孔隙上升，碳?xì)直砻骈L(zhǎng)有生物膜(什么生物膜？表述不清楚)，在污水流動(dòng)的過程中，生 物膜將污水中的有機(jī)物降解，產(chǎn)生的電子由碳?xì)謧鬟f到中心石墨棒(5)并導(dǎo)出，處理后的 污水從上部出水口 (8)流出。
所述燒結(jié)方式為在60(TC氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行。
所述螺旋型流道為污水穿過的主通道，用于防止產(chǎn)電微生物的過度生長(zhǎng)導(dǎo)致陽(yáng)極堵塞， 同時(shí)延長(zhǎng)了水力停留時(shí)間。對(duì)于螺旋流道的布置，可通過改變碳?xì)稚峡椎膫€(gè)數(shù)以及碳?xì)种?間的旋轉(zhuǎn)角度，可以改變污水在電極內(nèi)部的流動(dòng)方式。
所述隔板(3)為多孔板，用于承托碳?xì)旨熬鶆虿妓?br> 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性進(jìn)步采用填料 式電極，增大了微生物的附著面積，有效降低電池內(nèi)阻，提高產(chǎn)電能力；通過在填料內(nèi)部 布置螺旋流道，延長(zhǎng)了水力停留時(shí)間，同時(shí)防止微生物過度增長(zhǎng)所造成的堵塞現(xiàn)象；改進(jìn) 石墨棒與碳?xì)值倪B接方式以及碳?xì)种g的燒結(jié)方式，使電極具有更好的導(dǎo)電性。


圖1為本發(fā)明螺旋流道柱狀陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明螺旋流道柱狀陽(yáng)極的碳?xì)纸Y(jié)構(gòu)及相對(duì)位置示意圖3為本發(fā)明螺旋流道柱狀陽(yáng)極的污水在陽(yáng)極內(nèi)的流動(dòng)方向示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

此模型的具體實(shí)施方式
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圖l為本發(fā)明螺旋流道柱狀陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，l為進(jìn)水口、 2為底板、3為隔 板、4為穿孔碳?xì)帧?為石墨棒、6為質(zhì)子膜、7為頂板、8為出水口。
筒狀質(zhì)子膜6兩端分別由頂板7和底板2粘接密封，形成陽(yáng)極室，同時(shí)，底板和頂板 上分別設(shè)置進(jìn)水口 l和出水口 8;隔板3為多孔板， 一方面起到承托碳?xì)值淖饔?，另一?面起到均勻布水的作用；石墨棒5的表面刻有螺紋，然后將其旋入柱狀陽(yáng)極6中，使二者 緊密的嵌在一起，從而加強(qiáng)電子的傳遞效果。所述柱狀陽(yáng)極的工作原理為污水從下部進(jìn)水口 l流入陽(yáng)極室，經(jīng)過隔板3后，由于 流道阻力較小，大部分污水沿著流道螺旋上升，而少量污水直接穿透碳?xì)?，通過碳?xì)謨?nèi)部 孔隙上升，在污水流動(dòng)的過程中，生物膜將污水中的有機(jī)物降解，產(chǎn)生的電子由碳?xì)謧鬟f 到中心石墨棒5并導(dǎo)出，處理后的污水從上部出水口 8流出。
利用碳?xì)譄Y(jié)柱狀陽(yáng)極時(shí)，首先將每塊碳?xì)植贸沙叽绾线m的圓形，在周邊均勻打若干
個(gè)孔，并在其上表面涂一層粘合劑(96%酚醛樹脂+4%烏托品+適量乙醇)；然后將每塊 碳?xì)忠来涡D(zhuǎn)一定角度后疊放在一起，如圖2所示；最后將碳?xì)衷?0(TC氮保護(hù)下碳化， 從而制成柱狀陽(yáng)極，其內(nèi)部形成螺旋式流道。圖3為污水在陽(yáng)極內(nèi)的流動(dòng)方向示意圖。
所述螺旋型流道為污水穿過的主通道，用于防止產(chǎn)電微生物的過度生長(zhǎng)導(dǎo)致陽(yáng)極堵塞， 同時(shí)延長(zhǎng)了水力停留時(shí)間。對(duì)于螺旋流道的布置，可通過改變碳?xì)稚峡椎膫€(gè)數(shù)以及碳?xì)种?間的旋轉(zhuǎn)角度，可以改變污水在電極內(nèi)部的流動(dòng)方式。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極，其特征在于，該陽(yáng)極包括進(jìn)水口(1)、底板(2)、隔板(3)、穿孔碳?xì)?4)、石墨棒(5)、質(zhì)子膜(6)、頂板(7)和出水口(8)；質(zhì)子膜(6)圍成筒狀結(jié)構(gòu)，兩端分別與頂板(7)和底板(2)粘結(jié)在一起，共同構(gòu)成陽(yáng)極室；所述底板(2)上設(shè)置有所述進(jìn)水口(1)，所述頂板(7)上設(shè)置有出水口(8)；陽(yáng)極室內(nèi)包括柱狀陽(yáng)極、旋入到柱狀陽(yáng)極內(nèi)的石墨棒(5)；所述柱狀樣極為在穿孔碳?xì)?4)上均勻布孔，相鄰碳?xì)种g交錯(cuò)一定角度后用酚醛樹脂粘合后再燒結(jié)為一個(gè)整體，形成內(nèi)部具有螺旋流道的柱狀陽(yáng)極，用于防止填料型陽(yáng)極的堵塞；所述石墨棒(5)表面刻有螺紋，將其旋入柱狀陽(yáng)極中加強(qiáng)石墨與碳?xì)种g的接觸，用于收集陽(yáng)極電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極，其特征在于，所述燒結(jié)方式為在 60(TC氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極，其特征在于，所述螺旋型流道為污 水穿過的主通道，用于防止產(chǎn)電微生物的過度生長(zhǎng)導(dǎo)致陽(yáng)極堵塞，同時(shí)延長(zhǎng)了水力停留時(shí) 間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極，其特征在于，所述隔板(3)為多 孔板，用于承托碳?xì)旨熬鶆虿妓?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及生活及工業(yè)水處理技術(shù)領(lǐng)域的一種螺旋流道柱狀陽(yáng)極。它包括進(jìn)水口、底板、隔板、穿孔碳?xì)帧⑹?、質(zhì)子膜、頂板和出水口；質(zhì)子膜圍成筒狀，兩端與頂板和底板粘結(jié)在一起，構(gòu)成陽(yáng)極室；碳?xì)稚暇鶆虿伎?，相鄰碳?xì)珠g交錯(cuò)一定角度后燒結(jié)為一體，形成內(nèi)部有螺旋流道的柱狀陽(yáng)極；將石墨棒旋入燒結(jié)好的碳?xì)种校ＷC石墨棒與碳?xì)中纬闪己玫慕佑|，以便將電子引出陽(yáng)極室。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用填料式電極，增大了微生物的附著面積，降低電池內(nèi)阻，提高產(chǎn)電能力；通過在布置螺旋流道，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，同時(shí)防止微生物過度增長(zhǎng)造成的堵塞現(xiàn)象；改進(jìn)石墨棒與碳?xì)值倪B接方式以及碳?xì)珠g的燒結(jié)方式，使電極導(dǎo)電性增強(qiáng)。
文檔編號(hào)C02F1/46GK101602530SQ200810114730
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者張瀟源, 曹效鑫, 鵬 梁, 范明志, 霞 黃 申請(qǐng)人:清華大學(xué)