(57)【要約】  微生物燃料電池は、少なくとも１つの区画内にアノードおよびカソードを含む。廃水入口がアノードに廃水流を供給し、電子受容体入口がカソードに酸素または他の電子アクセプタを供給する。汚染物質分解微生物がアノードに接する。導管が外部回路を経由してアノードをカソードに電気的に接続する。少なくともアノードは、導電性材料が内部に散在しフロースルーをもたらすポリマー発泡体基材を含み、あるいは導電性材料が、バインダまたは化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられる。
2016513858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの区画内のアノードおよびカソードと、
前記アノードに廃水流を供給する、前記区画内の廃水入口と、
前記カソードに酸素または他の電子アクセプタを供給する、前記区画内の電子受容体入口と、
前記アノードに接する汚染物質分解微生物と、
外部回路を経由して前記アノードを前記カソードに電気的に接続する導管と
を備え、
少なくとも前記アノードが、導電性材料が内部に散在しフロースルーをもたらすポリマー発泡体基材を含み、前記導電性材料がバインダによって前記ポリマー発泡体基材に付けられるか、または前記導電性材料が化学結合によって前記ポリマー発泡体基材に付けられる、微生物燃料電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つの区画が、前記廃水入口を内部の前記アノードと共に有するアノード区画と、前記電子受容体入口を内部の前記カソードと共に有するカソード区画とを含み、前記カソード区画がカチオン用膜によって前記アノード区画から分離される、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項３】
前記少なくとも１つの区画が単一の区画で構成され、前記アノードと前記カソードの間の電解質がカチオンとアニオンのフロースルーの自由な交換を可能にする、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項４】
前記ポリマー発泡体基材が疎水性ポリマー発泡体を含む、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項５】
前記疎水性ポリマー発泡体が開放網状疎水性ポリウレタン発泡体（ＰＵＦ）を含む、請求項４に記載の微生物燃料電池。
【請求項６】
前記ポリマー発泡体基材には内部に前記導電性材料が散在する、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項７】
前記ポリマー発泡体基材には前記導電性材料が前記バインダによって付けられている、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項８】
前記ポリマー発泡体基材には前記導電性材料が前記化学結合によって付けられている、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項９】
前記導電性材料が導電性ポリマーを含む、請求項７に記載の微生物燃料電池。
【請求項１０】
前記導電性材料が少なくとも１０−１Ｓ／ｃｍの２５℃電気伝導率を提示する、請求項１に記載の微生物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行国内出願の優先権主張
[0001]本出願は、２０１３年３月５日に出願された米国特許出願第６１／７７２，８３４号、および２０１３年９月３０日に出願された米国特許出願第１４／０４１，２３０号の優先権を主張する。
【０００２】
[0002]開示された実施形態は微生物燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]微生物燃料電池（ＭＦＣ）または生物燃料電池は、自然界に見られる細菌相互作用を模倣することによって電流を発生する生物電気化学システムである。典型的な微生物燃料電池は、カチオン用膜（ｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）によって分離されたアノード区画（またはチャンバ）およびカソード区画を含む。アノード区画内で、燃料は微生物（すなわち細菌）によって酸化されて、二酸化炭素（ＣＯ２）、電子およびプロトンが発生する。電子は外部電気回路を通ってカソード区画まで移動し、プロトンは膜を通過してカソード区画まで移動する。電子およびプロトンはカソード区画内で、酸素と結合して水を形成し、あるいは、特定の条件下では過酸化水素水を形成して、消費される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]有機材料をＭＦＣの燃料として使用することができ、その場合、細菌が有機材料を酸化する。従来のＭＦＣでは、黒鉛、活性炭または炭素繊維を使用する固体炭素ベースの電極に主に注目してきた。加えて、ステンレス鋼および金などの非腐食性金属もまた、ＭＦＣのアノードとして使用されてきたが、これらの金属は、試験規模および工業規模のＭＦＣに対して高い開発コストを提示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]この概要は、用意された図面を含めて以下の「発明を実施するための形態」でさらに説明される開示概念のうちの簡潔な選択されたものを簡略化された形で紹介するために提示されている。この概要は、特許請求された主題の範囲を限定するものではない。
【０００６】
[0006]開示された実施形態は、微生物燃料電池（ＭＦＣ）のアノード用の、および任意選択でカソード用の生物電極を含み、この生物電極は、従来の固体生物電極と比較して付加的な多孔性が得られる網状発泡体を備える。アノードとしての開示された生物電極は、微生物の生物膜がアノードをより効果的にコロニー化し、電気回路を経由して電子をカソードまで効率的に輸送することを可能にして、ＭＦＣの全体的な効率を改善する。
【０００７】
[0007]本明細書で使用される「網状発泡体」という用語は、特定の実施形態における網状疎水性ポリウレタン発泡体などの、容易に水を吸収しない網様構造体を有する発泡材料を指す。開示された生物電極は、導電性材料が内部に散在する、または導電性材料がバインダによってポリマー発泡体基材に付けられた、もしくは化学的にポリマー発泡体基材に結合された、フロースルーをもたらすポリマー発泡体基材を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008]例示的な実施形態による、導電性材料が内部に散在する、または導電性材料がバインダもしくは化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられた、フロースルーをもたらすポリマー発泡体基材材料を含むアノードと、カソードとを有する例示的な２区画ＭＦＣを示す図である。
【図２】[0009]例示的な実施形態による、導電性材料が内部に散在する、または導電性材料がバインダもしくは化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられた、フロースルーをもたらすポリマー発泡体基材を含むアノードと、カソードとを有する例示的な単一区画ＭＦＣを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0010]開示された実施形態は添付の図を参照して記述され、図では同じ参照数字が、すべての図にわたって同様または同等の要素を示すために使用されている。図は原寸に比例しておらず、特定の開示された態様を単に説明するために提供されている。いくつかの開示された態様が、説明のための例示的な適用例を参照して以下で記述される。開示された実施形態についての完全な理解が得られるように、多数の具体的な細部、関係、および方法が述べられることを理解されたい。
【００１０】
[0011]しかし、当業者には、具体的な細部のうちの１つ以上がなくても、または他の方法でも、本明細書に開示の主題を実践できることが容易に理解されよう。他の例では、よく知られている構造体または動作は、特定の態様を不明瞭にしないようにするために詳細に示されない。本開示は、いくつかの作用が異なる順序で、かつ／または他の作用もしくは事象と同時に行われ得るので、説明された作用もしくは事象の順序付けによって限定されない。さらに、本明細書に記載の実施形態による方法を実施するのに、説明されたすべての作用または事象が必要とされるとは限らない。
【００１１】
[0012]図１は、例示的な実施形態による、導電性材料が内部に散在する、または導電性材料がバインダもしくは化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられた、フロースルーをもたらすポリマー発泡体基材材料を含む、図示のアノード１１１ａとしての開示された生物電極を有する例示的な２区画ＭＦＣ  １００の図である。アノード１１１ａは、アノード１１１ａの開放細孔領域の上とその内部の両方にあってアノード１１１ａと接する、生物膜１１６として示された細菌および／または藻などの微生物と共に、アノード区画（またはチャンバ）１１１の中にある。カソード１１２ａは、従来のカソードとして示されている。しかし、カソード１１２ａは、フロースルーをもたらし導電性材料を有するポリマー発泡体基材材料を含む、開示された生物電極とすることができる。
【００１２】
[0013]開放細孔ポリマー発泡構造体は、少なくとも５０％から９８％までの空隙容積、および１８５．８ｍ２／ｍ３（２０００ｆｔ２／ｆｔ３）までの単位体積当たり表面積を含む、制御された細孔径の範囲で提供することができる。高い多孔率によりフロースルー抵抗が低減され、細菌などの微生物のコロニー形成の効率が良くなる。
【００１３】
[0014]しかし、通常、開放細孔ポリマー発泡体は、２．５４ｃｍ（１インチ）当たりの細孔が少なく（１０〜１５ｐｐｉ、したがって細孔が大きい）、対応する表面積が小さく、１８．５８〜２７．８７ｍ２／ｍ３（２００〜３００ｆｔ２／ｆｔ３）までである。一般に、生物膜を含むための開示されたアノードは、表面積１８．５８〜２７．８７ｍ２／ｍ３（２００〜３００ｆｔ２／ｆｔ３）を有することになり、開示されたフロースルーカソード（一般に生物膜を含まない）が２７．８７ｍ２／ｍ３（３００ｆｔ２／ｆｔ３）から１８５．８ｍ２／ｍ３（２０００ｆｔ２／ｆｔ３）までの表面積を有する。
【００１４】
[0015]図１に示された２区画実施形態では、カソード区画１１２内のカソード１１２ａは、カチオン用膜／セパレータによって、アノード区画１１１内のアノード１１１ａから分離される。セパレータ１１９はまた、アノード区画１１１からカソード区画１１２への微生物および生物分解性材料の流れを阻止する。セパレータ１１９はまた、アノード区画１１１とカソード区画１１２の間の気体または液体の流れを制限または阻止することもできる。電流を伝導するための導電性導管（たとえば、金属線）１１７が、外部回路（負荷）１１８を介してアノード１１１ａをカソード１１２ａに電気的に接続する。
【００１５】
[0016]図１は、廃水入口１３１からアノードチャンバ１１１に導入されて生物膜１１６の微生物（例えば細菌）によって分解される、入って来る燃料廃水１３０から、二酸化炭素（ＣＯ２）などを含むアノード流出物処理廃水１５０までの有機物を示し、この処理廃水は、アノード出口１３２から流出すると共に、セパレータ１１９を通過してカソードチャンバ１１２まで輸送されるプロトン（Ｈ＋）１６０と、外部回路１１８に結合される電子とを発生する。カソード区画１１２では、外部回路１１８を経由して入る電子が、電子受容体入口１４１からカソード区画１１２の中に供給される酸素（空気などのＯ２）１５４または他の電子アクセプタを、セパレータ１１９を通過してアノード区画１１１まで流れる水酸化物イオン（ＯＨ−）１６２に還元すると共に、カソード出口１４２から流れ出る水および／または過酸化水素１５２が生成される。
【００１６】
[0017]本明細書では、開示された生物電極用の導電性材料は、少なくとも１０−２Ｓ／ｃｍの２５℃電気伝導率を有する（通常は少なくとも１０−１Ｓ／ｃｍである）材料を指す。導電性材料がポリマー発泡体基材の内部に散在する実施形態では、少なくとも１０−２Ｓ／ｃｍの電気伝導率はバルク電気伝導率の値である。ポリマー発泡体基材に導電性材料がバインダまたは化学結合によって付けられた実施形態では、ポリマー発泡体基材は一般に誘電体になり、付けられた導電性材料が、少なくとも１０−２Ｓ／ｃｍの電気伝導率を提示する生物電極として動作するための導電面を提供する。
【００１７】
[0018]ポリマーは一般に誘電体（２５℃電気伝導率が＜１０−８Ｓ／ｃｍ）であり、疎水性ポリマーまたは疎水性ポリマー複合材料とすることができる。１つの例示的な誘電体ポリマーは、開放網状疎水性ポリウレタン発泡体（ＰＵＦ）である。ポリエーテル発泡体などの疎水性発泡体（たとえば、疎水性ポリエーテル架橋ポリウレタン）は耐水性であり、したがって、一般に水に溶けるポリエステル発泡体を含む親水性発泡体などの水環境中で劣化しない。それゆえに、疎水性ポリマー発泡体は、親水性発泡体と比較して水環境中での機能寿命が著しく長い。市販されている疎水性ポリウレタン発泡体には、Ｃｒｅｓｔ  ＦｏａｍおよびＦｏａｍＥｘの商標で販売されているものが含まれ、Ｃｒｅｓｔ  Ｆｏａｍ、Ｍｏｏｎａｃｈｉｅ、Ｎ．Ｊ．、ＵＳＡ、およびＦｏａｍＥｘ、Ｅｄｄｙｓｔｏｎｅ、Ｐａ．、ＵＳＡから入手可能になっている。
【００１８】
[0019]ポリウレタン発泡体を含むポリウレタンは一般に親水性である。当技術分野では知られているように、開放網状疎水性ＰＵＦは、疎水性誘導界面活性剤などの界面活性剤を使用して、ポリエーテルポリオールから調製することができる（たとえば、Ｋｅｌｌｙの米国特許第６，７４７，０６８号参照）。通常、疎水性誘導界面活性剤は、ポリシロキサンポリアルキレンオキシドコポリマーであり、通例では非加水分解性ポリシロキサンポリアルキレンオキシドコポリマー型である。疎水性誘導界面活性剤には、Ｂ８１１０、Ｂ８２２９、Ｂ８２３２、Ｂ８２４０、Ｂ８８７０、Ｂ８４１８、Ｂ８４６２として販売されているＨｏｐｅｗｅｌｌ、Ｖａ．のＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．の製品、Ｌ６１６４、Ｌ６００およびＬ６２６として販売されているＧｒｅｅｎｗｉｃｈ、ＣｏｎｎのＯｒｇａｎｏ  Ｓｉｌｉｃｏｎｓの製品、ならびにＤＣ５６０４およびＤＣ５５９８として販売されているＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．の製品が含まれる。ポリイソシアネートを７５から１２５のポリイソシアネート添数のところで付加することができる。トルエンジイソシアネートは、１００のＴＤＩ添数のところなどの、例示的なポリイソシアネートである。
【００１９】
[0020]ＰＵＦでは疎水性を、ポリオール混合物中のエチレンオキシド（ＥＯ）に対するプロピレンオキシド（ＰＯ）の割合を増大させることによって、大きくすることができる。ＰＯ：ＥＯ重量パーセント比を５０：５０、６０：４０、または７０：３０に増大させると、次第により大きい疎水性が生じるが、発泡体がよりもろくなり、したがってより裂けやすくなる可能性がある。
【００２０】
[0021]本明細書で、疎水性ＰＵＦなどの「疎水性」ポリマー発泡体とは、２．５４ｃｍ（１インチ）の高さまでの水柱が発泡体に少なくとも６０分間圧力を作用させたときに、固体発泡体材料に入るかまたは通過する水の流れを発泡体が阻止するという点で水不浸透性である発泡体材料を指す。たとえば、開示された疎水性ポリマー発泡体材料は、発泡体に入るかまたは通過する水の流れを少なくとも９０分間、２４時間以上まで阻止することができる。
【００２１】
[0022]上記のように、発泡体材料は、コーティングする、含浸させる、または化学的に反応させて、導電性材料との化学結合を形成することができる。一般に、導電性であり、また生物膜１１６中の微生物との適合性もある任意の材料を使用することができる。微生物との適合性があるとは、入って来る燃料廃水１３０中の有機物の分解を触媒する微生物を殺さない、または妨害しない材料を指す。
【００２２】
[0023]導電性材料は、導電性金属もしくは導電性合金、または導電性炭素合成物もしくは導電性ポリマーなどの非金属とすることができる。１つの例示的な金属はチタンである。導電性であるどんな炭素も一般に使用することができる。導電性炭素の種類には、カーボンブラック、黒鉛、グラフェン、酸化黒鉛、カーボンナノチューブ、ビーズカーボン、粒状粉末グレード炭素材料、および導電性合成炭素材料が含まれる。導電性炭素の別の形には、炭素マトリクスを貫通する細孔を有する膨張黒鉛のマトリクスが含まれる。導電性ポリマーに関しては、ポリチオフェンまたはポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの共役ポリマーを使用して、開示されたＭＦＣの電極の電気伝導度特性を向上させることができる。特殊アノード還元細菌（ＡＲＢ）と共にＭＦＣのアノードに使用された場合、開示された導電性発泡体をベースとするアノードおよび／またはカソードは、ＭＦＣの性能を著しく向上させる。
【００２３】
[0024]Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌは、粉末活性炭（ＰＡＣ）が、ＰＡＣをＰＵＦに固定するために製造時に使用される結合剤によって目隠しされる（吸着性が小さくなる）ことがないように、ポリマーバインダを使用してＰＵＦを吸着材料でコーティングする効率的な方法を開示している（米国特許第５，５８０，７７０号および第６，３９５，５２２号参照）。Ｄｅｆｉｌｉｐｐｉの米国特許第６，３９５，５２２号は、連続撹拌反応器、固定床反応器および流動床反応器などの従来の生物廃水処理システムで使用するための生物活性炭素被覆ポリウレタン支持体を製作する方法を開示している。
【００２４】
[0025]同様の結合方法を使用して、排水から汚染物質を除去し発電するためにＭＦＣに使用する開示された生物電極（アノードおよび／またはカソード）を製造することができる。このような結合方法には、（ｉ）ポリマー発泡体基材の表面にポリマーバインダの硬化性分散物の層を塗布すること、（ｉｉ）ポリマー発泡体基材上の未硬化ポリマーバインダに、廃水１３０中の燃料汚染物質を酸化する生物膜１１６中の微生物から電子を受け入れる１つまたは複数の導電性材料を塗布すること、（ｉｉｉ）導電性材料を基材の表面に結合し２５℃以下のＴｇを有するバインダを硬化させること、および（ｉｖ）汚染物質分解微生物に（ｉｉｉ）のバインダ被覆基材をさらして、基材、バインダまたは吸着材のうちの少なくとも１つに微生物を付着させること、が含まれる。
【００２５】
[0026]開示された実施形態では、導電性材料がバインダによってポリマー発泡体基材に付けられ、効果的なバインダは、発泡体基材に結合される導電性材料の導電容量の損失がないかまたは実質的にないように、またバインダによる導電性材料の不活性化がないかまたは実質的にないように、導電性材料を基材の表面に結合できる材料である。具体的には、効果的なバインダは、電流密度（１平方センチ当たりアンペア、またはＡ／ｃｍ２）を最大にしながら、ＭＦＣプロセスの生物電気回路が不調になりにくいように選択することができる。支持体を部分的にコーティングすることは、プロセスが不調になりにくいままで、かつ導電性のままである限り許容できる。
【００２６】
[0027]バインダは、当技術分野（たとえば粒状結合技術分野、顔料結合技術分野または粉末結合技術分野）で知られている任意の種類のバインダから選択することができる。バインダの例としては、天然ガム、セルロースおよびでんぷん派生物などの水に不溶解性の形態に架橋または重合させることができる水溶性ポリマーと、アルギン酸の塩と、アクリル酸、アクリルアミド、ビニルアルコールおよびビニルピロリドンのポリマーおよびコポリマーとがある。
【００２７】
[0028]有機溶剤に可溶性である有用な有機バインダの例には、セルロースエステルと、セルロースエーテルと、ビニルアセテート、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルなどのビニルエステルのポリマーおよびコポリマーと、スチレン、アクリロニトリルおよびアクリルアミドなどのビニルモノマーと、ブタジエンおよびクロロプレンなどのジエンと、天然ゴムと、スチレン−ブタジエンなどの合成ゴムとが含まれる。類似のコーティング方法が、電子伝導性を得るための生物膜に導電性材料をさらしたままにしながらＰＵＦまたは他のポリマー発泡体材料を導電性材料でコーティングするのに使用可能である。
【００２８】
[0029]導電性材料はまた、発泡の前に、界面活性剤および／またはポリアニオンポリペプチドなどの懸濁補助剤と一緒に、または懸濁補助剤なしで、発泡ポリマー複合材料の中に混合することもでき、発泡体形成中および網状化中に導電性材料が発泡体マトリクスの中に効果的に含浸される。結果として得られる発泡体ベースの生物支持体材料が生物電極として使用するための高い導電性になる（たとえばＡ／ｃｍ２を最大にする）ことを可能にする、効果的な比率を選択することができる。
【００２９】
[0030]上記のように、導電性材料は、化学結合によってポリマー発泡体基材に付けることができる。たとえば、いくつかの導電性材料（たとえば、ポリチオフェンおよびポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン）は、ＭＦＣの生物電極として使用するために複合材料の導電性を著しく増大する（Ａ／ｃｍ２を最大にする）濃度でポリウレタン発泡体基材などの反応末端基を有するポリマー材料と、重合または化学結合させることができる。
【００３０】
[0031]動作の際、ＭＦＣ内で廃水汚染物質を除去し発電するために、開示された生物活性アノードおよび／またはカソードが、ＭＦＣ  １００で図示されたようなＭＦＣ反応器内に設置され、汚染物質を含む流体流（図１に示す入って来る燃料廃水１３０）がＭＦＣ  １００に通される。アノード還元細菌（ＡＲＢ）などを含む生物膜１１６がアノード１１１ａの細孔の中およびその表面にあり、カソードもまた、その内部と上の両方に適切な生物膜を含むことができるが、通常は含まない。開示された生物電極の高多孔率により、高密度の内部部位が、電気回路を通るキャリア輸送電子をより効果的にコロニー化するのに利用可能であり、それによって、単位寸法当たりの電気出力の増大と、生物膜だけを載せた無細孔生物電極を有する従来のＭＦＣと比較してより効率的な廃水処理とを含めて、ＭＦＣの全体的な効率が改善する。
【００３１】
[0032]図２は、例示的な実施形態による、開示されたアノード１１１ａを有する例示的な単一区画ＭＦＣ  ２００の図であり、このアノードは、フロースルーをもたらすと共に、導電性材料が内部に散在する、または導電性材料がバインダもしくは化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられた、ポリマー発泡体基材材料を含む。図２のカソード１１２ａは、従来のカソードとして示されている。しかし、カソード１１２ａは、フロースルーをもたらし導電性材料を有するポリマー発泡体基材材料を含む、開示された生物電極とすることができる。電解質２１０が、アノード１１１ａとカソード１１２ａの間にあって、カチオンとアニオンの自由な交換を可能にする。いくつかのＭＦＣ設計では、電解質２１０は、入って来る燃料廃水１３０とすることができる。
【００３２】
[0033]アノード１１１ａは、図２では側面に設置されて示されているが、アノード１１１ａはまた、カソード１１２ａなどのカソードがアノード１１１ａの１つの側面または複数の側面にある状態で、中心に設置することもできる。さらに、カソード１１２ａが図２では空気カソードとして示されているが、カソードはまた、浸漬カソードとすることもできる。アノード還元細菌（ＡＲＢ）などを含む生物膜１１６がアノード１１１ａの細孔内および表面にあり、カソードもまた、その内部と上の両方に適切な生物膜を含むことができるが、通常は含まない。図２は、廃水入口１３１から導入されて生物膜１１６の微生物（例えば細菌）によって分解される、入って来る燃料廃水１３０から、二酸化炭素（ＣＯ２）などを含むアノード流出物処理廃水１５０までの有機物を示し、この処理廃水は、アノード出口１３２から流出すると共に、カソードチャンバ１１２まで輸送されるプロトン（Ｈ＋）１６０と、外部回路１１８に結合される電子とを発生する。外部回路１１８を経由して入る電子が、電子受容体入口１４１からカソード区画１１２の中に供給される酸素（空気などのＯ２）１５４または他の電子アクセプタを、アノード区画１１１まで行く水酸化物イオン（ＯＨ−）１６２に還元すると共に、カソード出口１４２から流れ出る水および／または過酸化水素１５２が生成される。
【００３３】
[0034]様々な開示された実施形態が上記で説明されたが、これらは限定ではなく単に例として提示されたことを理解されたい。本明細書で開示された主題には、本開示による多数の変更を本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく加えることができる。加えて、特定の特徴がいくつかの実施態様のうちの１つだけに関して開示されたことがあり得るが、このような特徴は、所与の任意の用途または特定の用途には望まれ、有利である可能性があるので、他の実施態様の他の１つまたは複数の特徴と組み合わされてよい。
【００３４】
[0035]本明細書で用いられた術語は、特定の実施形態について説明することだけを目的としており、限定するものではない。本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、別段文脈によって明確に示されない限り複数形もまた含むものである。さらに、発明を実施するための形態および／または特許請求の範囲において用いられる範囲で、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「と共に（ｗｉｔｈ）」という用語またはその変形物は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包括的なものである。
具体的な実施形態
[0036]以下は、具体的な実施形態と一緒に記述されるが、この記述は説明のためのものであり、これまでの記述および添付の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【００３５】
[0037]本発明の第１の実施形態は微生物燃料電池であり、少なくとも１つの区画内のアノードおよびカソードと、アノードに廃水流を供給する、区画内の廃水入口と、カソードに酸素または他の電子アクセプタを供給する、区画内の電子受容体入口と、アノードに接する汚染物質分解微生物と、外部回路を経由してアノードをカソードに電気的に接続する導管とを含み、少なくともアノードは、導電性材料が内部に散在しフロースルーをもたらすポリマー発泡体基材を含み、この導電性材料はバインダによってポリマー発泡体基材に付けられ、または、導電性材料は化学結合によってポリマー発泡体基材に付けられる。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、少なくとも１つの区画は、廃水入口を内部のアノードと共に有するアノード区画と、電子受容体入口を内部のカソードと共に有するカソード区画とを含み、カソード区画は、カチオン用膜によってアノード区画から分離される。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、少なくとも１つの区画は単一の区画で構成され、アノードとカソードの間の電解質は、カチオンとアニオンのフロースルーの自由な交換を可能にする。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、ポリマー発泡体基材は疎水性ポリマー発泡体を含む。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、疎水性ポリマー発泡体は、開放網状疎水性ポリウレタン発泡体を含む。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、ポリマー発泡体基材には、内部に導電性材料が散在する。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、ポリマー発泡体基材には、導電性材料がバインダによって付けられている。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、ポリマー発泡体基材には、導電性材料が化学結合によって付けられている。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、導電性材料は導電性ポリマーを含む。本発明の一実施形態は、この段落内の第一の実施形態にかけての上のこの段落内の前の各実施形態のうちの１つ、いずれか、またはすべてであり、ここで、導電性材料は、少なくとも１０−１Ｓ／ｃｍの２５℃電気伝導率を提示する。
【００３６】
[0038]本発明の第２の実施形態は微生物燃料電池であり、これは、少なくとも１つの区画内のアノードおよびカソードと、アノードに廃水流を供給する、区画内の廃水入口と、カソードに酸素または他の電子アクセプタを供給する、区画内の電子受容体入口と、アノードに接する汚染物質分解微生物と、外部回路を経由してアノードをカソードに電気的に接続する導管とを含み、少なくともアノードは、導電性材料が内部に散在しフロースルーをもたらす開放網状疎水性ポリウレタン発泡体ポリウレタン発泡体基材を含み、この導電性材料はバインダによってポリウレタン発泡体基材に付けられ、または導電材料は化学結合によってポリウレタン発泡体基材に付けられる。
【００３７】
[0039]さらなる説明がなくても、上記の記述を用いることによって、当業者は、本発明をその最も十分な範囲で利用し、また本発明の本質的な特徴を容易に確認して、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変更および改変を行うこと、および本発明を様々な使用法および状況に適合させることができると考えられる。したがって、上記の好ましい特定の実施形態は、単に説明的なものと解釈されるべきであり、本開示の残りの部分を何ら限定せず、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な改変形態および同等の配置を包含するものである。
【００３８】
[0040]上記では、別段示されない限り、すべての温度は摂氏度で示され、すべての割合および比率は重量で示されている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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